鋰離子電池中磁性的可逆調(diào)控特性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，日常生活中對(duì)電子器件的需求日益增加，而傳統(tǒng)的電子器件尺寸、功能已經(jīng)越來(lái)越不能滿足各行各業(yè)的發(fā)展。在電子器件微型化的進(jìn)程越來(lái)越困難的同時(shí)，人們寄希望于研發(fā)出可以將電和磁融入在一起的多功能新材料，而多鐵材料的出現(xiàn)解決了電子器件遇到的瓶頸。具有鐵電層和鐵磁層的多鐵材料中可同時(shí)具有鐵電極化和鐵磁極化，并且電極化和磁極化之間的耦合作用使得通過(guò)電壓就可直接控制磁各向異性或磁化方向，這在想要低功耗和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的新穎的自旋電子

2、器件、磁隨機(jī)存儲(chǔ)器、微波設(shè)備等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。
　　人工復(fù)合多鐵材料相較于單相多鐵材料在磁電耦合程度上更大，在材料選取上更為廣泛，因此受到了廣泛的研究。多鐵異質(zhì)結(jié)的界面處序參量相互作用，可通過(guò)應(yīng)變誘導(dǎo)、界面電荷調(diào)制和磁交換偏置的方式實(shí)現(xiàn)電對(duì)磁的調(diào)控。雖然人們對(duì)磁電耦合效應(yīng)在多鐵異質(zhì)結(jié)中的應(yīng)用的研究工作取得很大的進(jìn)展，但仍然存在著一些問(wèn)題需要解決:塊體耦合材料的兩種相之間通常是通過(guò)燒結(jié)或者粘合劑粘結(jié)在一起的，在界面處會(huì)不可避

3、免的產(chǎn)生磁電耦合效應(yīng)的損失;多鐵復(fù)合薄膜中不同的相之間可以在納米尺度上復(fù)合在一起，界面磁電耦合效應(yīng)損失大大減少，但磁電耦合效應(yīng)僅限于表面或界面處;在這種體系中磁電耦合效應(yīng)多局限于低溫、高電場(chǎng)下。
　　為了增大磁電耦合的界面效應(yīng)，Subho Dasgupta等人報(bào)道了利用插入式驅(qū)動(dòng)型的電化學(xué)體系的電壓來(lái)調(diào)控磁性的研究。受到廣泛關(guān)注和研究的鋰離子電池是新型的綠色高能化學(xué)電源，其內(nèi)在性能也向著多樣化發(fā)展。鋰離子電池具有容量高、循環(huán)性能好

4、、工作溫度范圍寬、壽命長(zhǎng)、安全性能好等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用在實(shí)際生活中。在鋰離子電池中Li+可以可逆的插入/脫出電極材料，若選用磁性材料作為電極材料，那么Li+在磁性材料中的可逆插入/脫出就可以改變材料結(jié)構(gòu)中金屬離子的化合價(jià)和在結(jié)構(gòu)中的重新分布，繼而使得材料的磁性發(fā)生變化。
　　本論文中，我們先選用了納米材料γ-Fe2O3在銅箔上制備成鋰離子電池電極膜，以金屬鋰片為對(duì)電極，制作了柱狀鋰離子電池。利用XRD圖譜、循環(huán)伏安測(cè)試和恒流充放電測(cè)

5、試確定了電池充放電的合適條件:電壓范圍1.1～3.5V，電流為100μA。用AGM對(duì)鋰離子電池進(jìn)行非原位測(cè)試測(cè)得電對(duì)磁的調(diào)控程度為21.7％，用SQUID和恒流充放電測(cè)試對(duì)其進(jìn)行原位測(cè)試測(cè)得磁響應(yīng)信號(hào)的變化范圍為8％左右。我們又探索了一種新的納米材料MnFe2O4作為鋰離子電池的電極材料并制備了柱狀鋰離子電池，采用同樣的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，非原位測(cè)試和原位測(cè)試分別測(cè)得Li+在電極材料中的插入/脫出引起的磁性變化的程度大約為12.6％和10