釩基材料因其無污染、成本低、能量密度高、可快速充放電等優(yōu)點(diǎn)在儲(chǔ)能領(lǐng)域受到了人們的廣泛關(guān)注。同時(shí),釩元素豐富的價(jià)態(tài)有助于實(shí)現(xiàn)多電子電化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而可提供更高的理論比容量。但是釩基材料在長期反復(fù)的鋰化、鈉化以及去鋰化、去鈉化過程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹并導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)坍塌,形成不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜,使電極材料結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞,容量大大衰減。大量研究表明:將材料納米化、調(diào)控形成中空結(jié)構(gòu)以及將材料與碳進(jìn)行復(fù)合等能有效緩解充放電過程中的材料的體積膨脹問題,從而獲得穩(wěn)定的循環(huán)性能。本論文選擇釩基負(fù)極材料作為研究方向,通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),制備了導(dǎo)電碳納米纖維限域的三氧化二釩納米粒子（V₂O₃@MCNFs）、含氮的空心球碳?xì)は抻虻牡C量子點(diǎn)（VNQD@NC HSs）兩種材料。得益于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu),上述兩種材料均表現(xiàn)出良好的充放電倍率性能和循環(huán)性能。論文具體研究內(nèi)容如下:（1）通過靜電紡絲技術(shù),合成了三氧化二釩納米粒子被限域在多通道碳納米纖維結(jié)構(gòu)中的材料（V₂O₃@MCNFs）。多通道的N摻雜碳納米纖維改善了材料的導(dǎo)... 

【文章來源】：濟(jì)南大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池充放電示意圖

釩基材料的制備及其在鋰/鈉電中的應(yīng)用4用，鈉離子從正極經(jīng)過電解液嵌入到負(fù)極材料中，電子在外部電路中由正極傳遞至負(fù)極，完成充電過程中電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)換；放電時(shí)，鈉離子從負(fù)極材料中脫出遷移至電池正極，而電子則經(jīng)外電路由負(fù)極遷移至電池正極，完成一次放電過程和化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)換。圖1.2鈉離子電池充放電機(jī)理圖。1.3鋰離子電池負(fù)極材料1.3.1碳基負(fù)極材料碳基納米材料具有資源豐富、導(dǎo)電性好、易于設(shè)計(jì)等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料。研究表明碳基材料顯示出優(yōu)異的鋰存儲(chǔ)性能，一些碳基材料，例如一維碳纖維、二維石墨烯層和三維有序分層多孔的結(jié)構(gòu)利于電子傳輸和滲透，提供短的離子/電子擴(kuò)散長度，具有高效的電極/電解質(zhì)相互作用，在測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。更為重要的是，碳基納米材料的低密度和柔韌性有利于建立柔韌性好、能量密度高且重量輕的異型電池�；谏鲜鰞�(yōu)勢，石墨或石墨烯基多孔材料等碳基材料成為最常用的商用鋰離子電池負(fù)極材料。在所有有關(guān)商業(yè)鋰離子電池負(fù)極材料的研究中，碳基材料無疑是最成功的。1.3.1.1碳納米管（CNT）自從1991年發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，激發(fā)了各種碳納米管和改性碳納米管及其應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展[19]。CNT由卷曲的石墨烯片組成，納米管晶格中的一部分由牢固的C-C共價(jià)鍵構(gòu)成（如在石墨平面中那樣）。沿管軸的晶格上的原子數(shù)和閉合拓?fù)涫辜{米管具有面

濟(jì)南大學(xué)碩士學(xué)位論文5內(nèi)石墨的特性，可以有效提高電導(dǎo)率。同時(shí)碳納米管還具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，剛度。其化學(xué)性質(zhì)的特異性，尤其是惰性，使其在儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展。根據(jù)碳納米管的石墨化程度和構(gòu)型可以將其進(jìn)行分類。首先，根據(jù)石墨化的程度，碳納米管可以被分為非晶態(tài)和石墨態(tài)。其次，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，它們可以分為單壁（SWCNT）和多壁碳納米管（MWCNT）。為了研究碳納米管的電化學(xué)性質(zhì)，對這兩種碳納米管的儲(chǔ)鋰性能進(jìn)行了廣泛的研究，并且發(fā)現(xiàn)材料中鋰的嵌入/脫嵌取決于碳納米管的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。單壁碳納米管的平均直徑在1-2nm范圍內(nèi)，長度為幾微米，比表面積也更高，能達(dá)到2630m2g-1。當(dāng)前，用石墨烯作為負(fù)極的鋰離子電池可以運(yùn)行超過80個(gè)循環(huán)后仍可保留165mAhg-1的容量，能量密度約為190Whkg-1，如圖1.3所示[20]。圖1.3石墨烯/磷酸鐵鋰鋰離子電池的電化學(xué)測試。（a）石墨烯/磷酸鐵鋰鋰離子電池的示意圖。（b）單電極的充放電電壓曲線。（c）石墨烯/LiFePO4全電池的充放電曲線。（d）石墨烯/LiFePO4全電池的循環(huán)性能圖而石墨片卷曲后即可以形成單臂或多壁碳納米管[21,22]。MWCNT具有良好的導(dǎo)電性，所以表現(xiàn)出比石墨更高的容量。經(jīng)過設(shè)計(jì)具有獨(dú)特排布結(jié)構(gòu)的MWCNT的鋰存儲(chǔ)量是980mAhg-1，這比普通MWCNT的比容量高出幾倍（158mAhg-1）。10個(gè)循環(huán)后，兩種MWCNT均觀察到容量損失，但與定向排列的MWCNT相比，沒有進(jìn)行定向排列的MWCNT的容量衰減更加迅速。SWCNT的可逆鋰容量約為460mAhg-1，高于石墨

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3214993