鋰離子電池由于穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、比容量高、自放電小、安全性能好以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。然而,鋰資源在地球上的貯存量有限,這會(huì)限制鋰離子電池的大規(guī)模普及應(yīng)用。而在物理和化學(xué)性質(zhì)方面鈉離子電池與鋰離子電池最為相近,并且鈉資源非常豐富、成本較低等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是理想的下一代二次電池。石墨廣泛應(yīng)用于商業(yè)化鋰離子電池的負(fù)極材料,但由于較小的晶面間距（0.335 nm）限制了離子的可逆脫嵌,特別是大半徑的Na⁺,不利于性能的提升。因此,開發(fā)新型高性能負(fù)極材料已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。本論文基于催化化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CCVD）,首先選取金屬氧化物型ZnO作為模板制備了新型碳納米膠囊（CNC）,并研究了其形貌結(jié)構(gòu)特性及其儲(chǔ)鋰/鈉性能。進(jìn)一步地,基于低成本和綠色環(huán)保理念,選取水溶性Na₂CO₃作為模板,制備了新型超薄碳納米片（CNS）,研究了反應(yīng)溫度對(duì)CNS生長(zhǎng)的影響,并分析了其儲(chǔ)鈉特性。以ZnO納米顆粒作為模板和催化劑,乙炔為碳源,通過CCVD技術(shù)在ZnO表面原位生長(zhǎng)CNC。制備的CNC呈現(xiàn)三維空心開口的膠囊狀結(jié)構(gòu),膠囊壁厚5-... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池原理圖：石墨為負(fù)極，LiCoO2為正極[3]

第一章緒論5的主要?jiǎng)恿κ莵碓从阡囯x子電池的成功、鋰資源的局限性以及鋰和鈉兩種堿金屬的物理化學(xué)性質(zhì)的相似性。鈉離子電池技術(shù)由于更低的價(jià)格、豐富的儲(chǔ)量以及與鋰相近的物理化學(xué)性質(zhì)，最近被認(rèn)為很有希望在未來取代鋰離子電池[29]。表1-3中為鋰、鈉兩種元素物理化學(xué)性質(zhì)的對(duì)比。其中離子半徑和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是影響電池性能的重要參數(shù)。表1-3鋰元素和鈉元素的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)比性質(zhì)LiNa相對(duì)原子質(zhì)量（gmol-1）6.9422.99電子構(gòu)型He2s1Ne3s1陽離子半徑（）0.761.02標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（V）-3.04-2.71熔點(diǎn)（°C）180.597.7密度（gcm3）0.9710.534第一電離能（kJmol1）520.2495.8理論質(zhì)量比容量（mAhg1）38611165理論體積比容量（mAhcm3）206211311.3.1鈉離子電池工作原理類似的工作原理也適用于鈉離子電池，相應(yīng)的工作原理圖和充放電機(jī)理如圖1-2所示，即在充放電過程中，鈉離子在正負(fù)極之間反復(fù)的嵌入和脫出實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能應(yīng)用：充電時(shí)，鈉離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)和隔膜嵌入負(fù)極中；放電時(shí)則恰好相反，也是搖椅式電池。不同之處在于，鈉離子半徑相對(duì)鋰離子具有更大的離子直徑，導(dǎo)致大多數(shù)適合與鋰離子嵌入/脫出的材料并不能適用于鈉離子電池。圖1-2鈉離子電池的工作原理圖和充放電機(jī)理，電極材料以層狀納米二氧化錳和硬碳為例[30]

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文61.3.2鈉離子電池電極材料研究現(xiàn)狀鈉離子電極材料的選擇對(duì)電化學(xué)性能具有重要影響，因此也是目前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前主要的正極材料有三種：3D陰離子化合物（NaMPO4、NaxMP2O7、Na2FePO4F和Na3MPO4CO3等）[31]、普魯士藍(lán)類化合物（AxM′M(CN)6,A=Na、K；M和M′=Fe、Co、Mn、Ni等）[32]和鈉層狀氧化物（NaxMO2，M=Fe、Co、Mn等）[6]。聚陰離子化合物由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適合作為長(zhǎng)壽命、高安全性的正極材料。此外，由于聚陰離子多面體中的氧原子具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵，因此聚陰離子化合物在高充電電壓下具有很好的氧化穩(wěn)定性。但是這種材料容量普遍較低。普魯士藍(lán)類化合物具有開放的立方體框架和良好的間隙位置，有利于鈉離子的嵌入脫出。鈉層狀氧化物具有較高的理論能量密度，但由于其電導(dǎo)率低，在容量與充放電速率之間的權(quán)衡等方面存在嚴(yán)重的缺陷，導(dǎo)致反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，倍率性能不理想�，F(xiàn)階段正極材料皆存在優(yōu)點(diǎn)與不足，仍需深入研究對(duì)其進(jìn)行改性和優(yōu)化以達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用需求。圖1-3各種正極材料的比容量、工作電勢(shì)和比能量的統(tǒng)計(jì)分布圖[30]雖然鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展為鈉離子電池提供了很好的指導(dǎo)，但探索合適的負(fù)極來容納Na+仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。例如，用于鋰電池的工業(yè)負(fù)極石墨在鈉離子電池中的容量非常低，因?yàn)樗茈y形成Na+的階段式插層化合物[33]。因此，為鈉離子電池找到合適的負(fù)極材料是急需解決的。對(duì)于鈉離子電池體系，鈉離子的還原電位（-2.71VvsSHE）是最低的電極電位[29]。而為了能量密度的提升，理想的負(fù)極材料應(yīng)具有理論上最低電位和最高比容量。迄今為止，多種類型的鈉離子電池負(fù)極

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池過往與未來[J]. 索鎏敏,李泓.  物理. 2020(01)
[2]新一代動(dòng)力鋰離子電池研究進(jìn)展[J]. 蘇芳,李相哲,徐祖宏.  電源技術(shù). 2019(05)
[3]水系鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展[J]. 劉雙,邵漣漪,張雪靜,陶占良,陳軍.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2018(06)



本文編號(hào)：3410202