電化學(xué)儲能被視為是新能源產(chǎn)業(yè)革命的核心,而這其中,鋰離子二次電池（LIBs）具有能量密度高、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點,得以在便攜式電子消費品市場占據(jù)重要位置。然而,全球鋰資源告急,將無法滿足將來鋰離子電池的巨大需求,阻礙了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,亟需新能源的開發(fā)。作為堿金屬同族元素,鈉與鋰具有電化學(xué)相似性,且鈉蘊藏量因為比鋰高4-5個數(shù)量級而具有更低的開發(fā)成本。雖然在這兩個體系中采用相似的電極材料的可能性較大,但由于鈉較大的原子質(zhì)量和離子半徑,鈉離子二次電池（SIBs）在充放電循環(huán)中表現(xiàn)出明顯的傳輸動力慢的問題,極大地減弱了能量密度和輸出電壓,再加上嵌/脫鈉過程中更為劇烈的體積變化,導(dǎo)致了極化現(xiàn)象嚴(yán)重、容量穩(wěn)定性差、電極脫落等一系列問題。因此,探索合適的負(fù)極材料以促進(jìn)鈉離子可逆嵌入/脫出是迫切需要解決的問題。具有二維層狀結(jié)構(gòu)的材料在快速嵌/脫鈉離子方面表現(xiàn)出較大潛力,尤其是利用轉(zhuǎn)化機(jī)制儲鈉的層狀過渡金屬硫化物,具有安全的操作電位,可觀的理論比容量,且在電化學(xué)過程中經(jīng)歷相對較小的體積變化,是一類理想的儲鈉負(fù)極材料。這其中二硫化鉬（MoS₂）是代表性材料之一,其層間通過范德華力連... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

(a)鋰資源需求增量

均具有豐富的儲量，其儲量豐富度高于鋰資源4-5個數(shù)量級，而價格卻不到鋰金屬的十分之一[22-23]。最重要的是，作為元素周期表中同族元素，它們的化學(xué)性質(zhì)很相似，因此普遍認(rèn)為鈉可以被應(yīng)用于類似的電池系統(tǒng)[24-26]。在20世紀(jì)70-80年代，鈉離子和鋰離子電極都被研究過，但是鋰離子電池因為擁有更高的能量密度使其更適用于小型且便攜式電子設(shè)備，所以可充電電池的研究工作從那時起就主要集中在鋰離子電池上[27-30]。近年來，由于全球?qū)︿囐Y源儲量的擔(dān)憂，研究者們開始重新聚焦在鈉離子電池（SIBs）上。圖1-1.(a)鋰資源需求增量圖.(b)幾種金屬資源儲量[14].Figure1-1.(a)Shortageoffuturelithiumsupply.(b)ElementalabundanceintheEarth’scrust[14].

料晶粒的輸送勢壘明顯增加，而沿邊界的動力擴(kuò)散也極受到極大阻礙，有研究表明鈉離子的傳輸阻滯率約為鋰離子的20倍[37,38]。除了使得脫嵌速率受到顯著阻滯，另一方面，因為較大的離子半徑，鈉離子對負(fù)極材料晶格的嵌入會使得其經(jīng)受更大的體積膨脹（在直徑方向上比鋰離子高150%）[39,40]，鈉離子脫出過程則會使負(fù)極材料面臨更強(qiáng)烈的壓應(yīng)力的變化，如此反復(fù)循環(huán)，會使得負(fù)極材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌，嵌鈉通道喪失，進(jìn)而造成電池體系容量的巨大損失[41]。而且因為鈉還比鋰的氧化還原電位高0.3V，導(dǎo)致SIBs能量密度略低于LIBs。圖1-2.“搖椅式”鈉離子電池充電/放電過程示意圖[40].Figure1-2.Schematicofthecharge/dischargeprocessesofrocking-chairbasedSIBs[40].

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氮摻雜的石墨烯作為鈉離子電池負(fù)極材料的第一性原理研究[J]. 姚利花.  原子與分子物理學(xué)報. 2019(02)
[2]靜電紡絲在鈉離子電池中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 王玲,楊國銳,王嘉楠,王思嵐,彭生杰,延衛(wèi).  化學(xué)學(xué)報. 2018(09)
[3]具有高電化學(xué)性能WS2納米片嵌石墨化納米碳管材料（WS2@G）用于鋰離子或鈉離子電池儲能領(lǐng)域研究（英文）[J]. 孔德斌,邱雄鷹,王斌,肖志昌,張興豪,郭瑞瑩,高揚,楊全紅,智林杰.  Science China Materials. 2018(05)
[4]鈉離子電池合金類負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 劉創(chuàng),盧海燕,曹余良.  中國材料進(jìn)展. 2017(10)
[5]鈉離子電池負(fù)極P/SnSb/C復(fù)合材料的性能[J]. 郭慶,汝強(qiáng),陳曉秋,侯賢華.  電池. 2016(04)
[6]釩氧化物納米材料在鈉離子電池中的應(yīng)用[J]. 魏湫龍,蔣周陽,譚雙雙,李啟東,麥立強(qiáng).  硅酸鹽學(xué)報. 2016(05)
[7]多孔碳納米片的合成及在鈉離子電池中的應(yīng)用[J]. 張京飛,陸靜,楊曉宇,黃韻迪,徐林,孫冬梅,唐亞文.  電化學(xué). 2015(06)
[8]點缺陷對單層MoS2電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)的影響研究[J]. 范夢慧,謝泉,蔡勛明,岑偉富,駱最芬,郭笑天,閆萬珺.  原子與分子物理學(xué)報. 2015(03)
[9]硬炭作為鈉離子電池炭負(fù)極材料的研究[J]. 宋怡楠,馬志廣,王靜,時志強(qiáng).  電源技術(shù). 2015(06)
[10]還原氧化石墨烯/TiO2復(fù)合材料在鈉離子電池中的電化學(xué)性能[J]. 許婧,楊德志,廖小珍,何雨石,馬紫峰.  物理化學(xué)學(xué)報. 2015(05)

博士論文
[1]二維MoS2光電性能的缺陷調(diào)控研究[D]. 張先坤.北京科技大學(xué) 2019
[2]基于層狀MoS2及MoSe2復(fù)合材料的制備和應(yīng)用研究[D]. 雷祥.華東師范大學(xué) 2019
[3]碳/二硫化鉬復(fù)合材料的制備及其儲鋰/儲鈉性能研究[D]. 馬曉軒.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[4]應(yīng)用于鋰/鈉離子電池的鉬基負(fù)極材料研究[D]. 周宇.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[5]過渡金屬二硫化物堿金屬嵌入過程的原位透射電鏡研究[D]. 黃前明.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所) 2018
[6]細(xì)菌纖維素為基體合成Mo,Co,Cu基材料及其電化學(xué)性能研究[D]. 熊啟中.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[7]功能化碳納米纖維材料的宏量制備及其性能研究[D]. 吳振禹.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
[8]新型MoS2基納米復(fù)合材料的形貌調(diào)控及摩擦學(xué)性能[D]. 唐國鋼.江蘇大學(xué) 2016
[9]一維氧化鉬納米材料的合成、表征及其氣敏和光敏性能[D]. 陳松.北京化工大學(xué) 2015
[10]鋰/鈉離子電池負(fù)極材料的制備和性能表征[D]. 王佳慶.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]高性能儲能電池負(fù)極材料的制備及性能研究[D]. 張美娜.吉林大學(xué) 2018
[2]二維層狀材料作為鉀離子電池電極材料的研究[D]. 鄒劍.電子科技大學(xué) 2018
[3]鈦基鈉離子電池負(fù)極材料制備與性能研究[D]. 胡彬.上海交通大學(xué) 2014
[4]二硫化鉬/石墨烯催化劑的制備、表征及其羰基硫加氫性能研究[D]. 劉寧.大連理工大學(xué) 2013
[5]鋰硫電池硫/碳復(fù)合正極材料的制備及其電化學(xué)性能[D]. 崔曉蘭.天津大學(xué) 2013
[6]鋰/鈉離子電池錫基負(fù)極的研究[D]. 李劍文.電子科技大學(xué) 2013
[7]細(xì)菌纖維素基一維碳材料的水熱合成及初步應(yīng)用研究[D]. 褚云.南京理工大學(xué) 2013
[8]鉬化物與聚合物的加合作用及其表現(xiàn)[D]. 王莽.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011



本文編號：3286461