硒化鎳基復(fù)合材料的制備及其儲(chǔ)鈉性能
發(fā)布時(shí)間：2021-01-17 21:08
二硒化鎳（NiSe2）形貌易調(diào)控,理論比容量高,儲(chǔ)量豐富,價(jià)格低廉,是理想的鈉離子電池負(fù)極材料。但它存在體積膨脹、動(dòng)力學(xué)遲緩等問題,導(dǎo)致倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性仍有待提高。針對上述問題,論文以NiSe2為研究對象,通過與碳材料進(jìn)行復(fù)合、構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)建中空結(jié)構(gòu),提高其導(dǎo)電率、倍率性能和循環(huán)性能,系統(tǒng)研究其微觀組織結(jié)構(gòu)和電化學(xué)行為,揭示儲(chǔ)鈉性能及改性機(jī)理。制備了碳復(fù)合球狀NiSe2電極材料,優(yōu)化了工藝參數(shù),NiSe2顆粒在碳層上分布均勻,無團(tuán)聚,顆粒尺寸小,有效提高了導(dǎo)電性和儲(chǔ)鈉性能,其初始比容量顯著提高,0.1 A g-1電流密度下比容量為469.5 mAh g-1,接近理論值494 mAh g-1。在制備碳復(fù)合NiSe2的工藝流程中增加氧化步驟,獲得了碳復(fù)合NiSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)氧化時(shí)間來控制前驅(qū)體中氧含量,影響了硒化產(chǎn)物的物相組成,當(dāng)氧化時(shí)間為6 h時(shí),制備出碳復(fù)合NiSe...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
鈉離子電池工作原理示意圖[5]
用的負(fù)極材料主要有碳基材料、合金類材料、鈦基氧化物以及金屬硫硒化物。在商業(yè)鋰離子電池中，碳材料已經(jīng)得到了成功應(yīng)用，但適用于鋰離子電池的層狀石墨負(fù)極并不能直接用于鈉離子電池負(fù)極，這是由于鈉離子與鋰離子相比，半徑較大，在脫嵌過程中會(huì)使石墨的層狀結(jié)構(gòu)遭到較為嚴(yán)重的破壞。為了解決這一問題，WenYang等人采用改進(jìn)的Hummer法將原始石墨氧化成氧化石墨，并對氧化石墨進(jìn)行部分還原處理得到膨脹石墨，其層間晶格距離增加了4.3，鈉離子能夠可逆地插入膨脹石墨中并從膨脹石墨中脫嵌出來[11]。石墨材料的儲(chǔ)鈉機(jī)理圖如圖1-2所示。圖1-2石墨材料儲(chǔ)鈉示意圖[11]合金類材料主要通過與鈉金屬形成合金的方式進(jìn)行鈉離子的存儲(chǔ)，然而鈉離子的半徑較大，在合金的形成過程中伴隨著較大的體積變化，電極材料容易出現(xiàn)粉化、脫落等問題，造成比容量的嚴(yán)重衰減。合金類材料的研究主要集中在Sn、Si、Sb等以及它們相應(yīng)的化合物。這些合金類材料的理論比容量與石墨相比要高很多，通常是石墨材料的2~10倍。Sn、Si、Sb負(fù)極材料性能的對比見表1-1。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-表1-1Sn、Si、Sb負(fù)極材料電化學(xué)性能的對比[12]Density[gcm-3]LithiatedphaseTheoreticalgravimetriccapacity[mAhg-1]PotentialvsLi/Li+[V]VolumevariationC2.25LiC63720.0512Si2.33Li4.4Si42000.4420Ge5.32Li4.4Ge16250.5370Sn7.26Li4.4Sn9940.6260Sn的合金最高可達(dá)3.75Na，其電荷存儲(chǔ)容量為847mAhg1[13]（圖1-3）。Sn的理論比容雖然很高，但在反應(yīng)時(shí)體積膨脹可達(dá)420%（與Na15Sn4的形成有關(guān)）[14]。Zhu等人利用電化學(xué)沉積法在導(dǎo)電木纖維基材/集流體上制備了由納米顆粒錫薄膜組成的無粘結(jié)劑電極，活性錫與集流體保持良好的接觸，木材纖維提供了一種具有優(yōu)良機(jī)械性能、大表面積和提供有效離子和電子傳輸?shù)亩嗫捉Y(jié)構(gòu)的輕質(zhì)基材(見圖1-4)，在初始容量為339mAhg1的情況下，可穩(wěn)定循環(huán)400次[15](見圖1-5)。軟介孔木質(zhì)纖維基板可作為低成本鈉離子電池負(fù)極材料的新平臺(tái)。圖1-3Sn4P3/C納米復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能[13]圖1-4a)木材纖維的層次結(jié)構(gòu)b)木材纖維釋放Sn電極產(chǎn)生的應(yīng)力c)離子運(yùn)輸?shù)碾p通道[15]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈉離子電池機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J]. 曹余良. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020(03)
[2]高性能鈉離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 朱子翼,張英杰,董鵬,孟奇,曾曉苑,章艷佳,吉金梅,和秋谷,黎永泰,李雪. 化工進(jìn)展. 2019(05)
[3]三明治結(jié)構(gòu)G@SnO2 @C復(fù)合材料的合成、表征及其鈉離子電池負(fù)極性能研究[J]. 錢翔英. 電子顯微學(xué)報(bào). 2019(02)
[4]Bi Nanoparticles Anchored in N-Doped Porous Carbon as Anode of High Energy Density Lithium Ion Battery[J]. Yaotang Zhong,Bin Li,Shumin Li,Shuyuan Xu,Zhenghui Pan,Qiming Huang,Lidan Xing,Chunsheng Wang,Weishan Li. Nano-Micro Letters. 2018(04)
[5]鈉離子電池工作原理及關(guān)鍵電極材料研究進(jìn)展[J]. 郭晉芝,萬放,吳興隆,張景萍. 分子科學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
博士論文
[1]基于普魯士藍(lán)類似物衍生的結(jié)構(gòu)調(diào)控復(fù)合材料制備及鈉離子電池負(fù)極性能研究[D]. 田佳偉.浙江大學(xué) 2019
[2]基于鎳/錫的金屬氧化物和硒化物微納材料的制備及其儲(chǔ)能性能研究[D]. 何妍妍.山東大學(xué) 2018
[3]鉬/鋅基硒化物復(fù)合材料納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其儲(chǔ)鈉性能研究[D]. 牛斐洱.山東大學(xué) 2018
本文編號：2983595
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
鈉離子電池工作原理示意圖[5]
用的負(fù)極材料主要有碳基材料、合金類材料、鈦基氧化物以及金屬硫硒化物。在商業(yè)鋰離子電池中，碳材料已經(jīng)得到了成功應(yīng)用，但適用于鋰離子電池的層狀石墨負(fù)極并不能直接用于鈉離子電池負(fù)極，這是由于鈉離子與鋰離子相比，半徑較大，在脫嵌過程中會(huì)使石墨的層狀結(jié)構(gòu)遭到較為嚴(yán)重的破壞。為了解決這一問題，WenYang等人采用改進(jìn)的Hummer法將原始石墨氧化成氧化石墨，并對氧化石墨進(jìn)行部分還原處理得到膨脹石墨，其層間晶格距離增加了4.3，鈉離子能夠可逆地插入膨脹石墨中并從膨脹石墨中脫嵌出來[11]。石墨材料的儲(chǔ)鈉機(jī)理圖如圖1-2所示。圖1-2石墨材料儲(chǔ)鈉示意圖[11]合金類材料主要通過與鈉金屬形成合金的方式進(jìn)行鈉離子的存儲(chǔ)，然而鈉離子的半徑較大，在合金的形成過程中伴隨著較大的體積變化，電極材料容易出現(xiàn)粉化、脫落等問題，造成比容量的嚴(yán)重衰減。合金類材料的研究主要集中在Sn、Si、Sb等以及它們相應(yīng)的化合物。這些合金類材料的理論比容量與石墨相比要高很多，通常是石墨材料的2~10倍。Sn、Si、Sb負(fù)極材料性能的對比見表1-1。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-表1-1Sn、Si、Sb負(fù)極材料電化學(xué)性能的對比[12]Density[gcm-3]LithiatedphaseTheoreticalgravimetriccapacity[mAhg-1]PotentialvsLi/Li+[V]VolumevariationC2.25LiC63720.0512Si2.33Li4.4Si42000.4420Ge5.32Li4.4Ge16250.5370Sn7.26Li4.4Sn9940.6260Sn的合金最高可達(dá)3.75Na，其電荷存儲(chǔ)容量為847mAhg1[13]（圖1-3）。Sn的理論比容雖然很高，但在反應(yīng)時(shí)體積膨脹可達(dá)420%（與Na15Sn4的形成有關(guān)）[14]。Zhu等人利用電化學(xué)沉積法在導(dǎo)電木纖維基材/集流體上制備了由納米顆粒錫薄膜組成的無粘結(jié)劑電極，活性錫與集流體保持良好的接觸，木材纖維提供了一種具有優(yōu)良機(jī)械性能、大表面積和提供有效離子和電子傳輸?shù)亩嗫捉Y(jié)構(gòu)的輕質(zhì)基材(見圖1-4)，在初始容量為339mAhg1的情況下，可穩(wěn)定循環(huán)400次[15](見圖1-5)。軟介孔木質(zhì)纖維基板可作為低成本鈉離子電池負(fù)極材料的新平臺(tái)。圖1-3Sn4P3/C納米復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能[13]圖1-4a)木材纖維的層次結(jié)構(gòu)b)木材纖維釋放Sn電極產(chǎn)生的應(yīng)力c)離子運(yùn)輸?shù)碾p通道[15]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈉離子電池機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J]. 曹余良. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020(03)
[2]高性能鈉離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 朱子翼,張英杰,董鵬,孟奇,曾曉苑,章艷佳,吉金梅,和秋谷,黎永泰,李雪. 化工進(jìn)展. 2019(05)
[3]三明治結(jié)構(gòu)G@SnO2 @C復(fù)合材料的合成、表征及其鈉離子電池負(fù)極性能研究[J]. 錢翔英. 電子顯微學(xué)報(bào). 2019(02)
[4]Bi Nanoparticles Anchored in N-Doped Porous Carbon as Anode of High Energy Density Lithium Ion Battery[J]. Yaotang Zhong,Bin Li,Shumin Li,Shuyuan Xu,Zhenghui Pan,Qiming Huang,Lidan Xing,Chunsheng Wang,Weishan Li. Nano-Micro Letters. 2018(04)
[5]鈉離子電池工作原理及關(guān)鍵電極材料研究進(jìn)展[J]. 郭晉芝,萬放,吳興隆,張景萍. 分子科學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
博士論文
[1]基于普魯士藍(lán)類似物衍生的結(jié)構(gòu)調(diào)控復(fù)合材料制備及鈉離子電池負(fù)極性能研究[D]. 田佳偉.浙江大學(xué) 2019
[2]基于鎳/錫的金屬氧化物和硒化物微納材料的制備及其儲(chǔ)能性能研究[D]. 何妍妍.山東大學(xué) 2018
[3]鉬/鋅基硒化物復(fù)合材料納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其儲(chǔ)鈉性能研究[D]. 牛斐洱.山東大學(xué) 2018
本文編號：2983595
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