設計和研制儲能優(yōu)異、安全性好的負極材料已成為鋰/鈉離子電池技術快速發(fā)展的關鍵。大量的理論計算和實驗探索表明,以Li4Ti5O12、NaTi2（P04）3為典型代表的鈦基化合物具有資源豐富、充放電電壓平臺高而安全性好、循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點,是一類極具潛力的鋰/鈉離子電池負極材料。然而,這類材料具有共同的缺點:（1）電子、離子輸運性能差;（2）理論容量偏低�；谶@些鈦基材料構筑的鋰/鈉離子電池負極的能量密度、快充放電能力及長循環(huán)穩(wěn)定性等不理想,難以滿足實際應用的要求。因此,有必要探尋有效普適的策略,實現(xiàn)這些材料儲能能力的增強調(diào)控,改善其作為鋰/鈉離子電池負極的綜合性能。另一方面,傳統(tǒng)電池負極一般是由活性材料通過添加導電與粘結劑后成漿涂于金屬集流體上。粘結劑和金屬集流體通常會對鋰/鈉離子電池的性能帶來不可忽略的負面效應,不利于功率/能量密度的提高。因此,利用鈦基材料構筑儲鋰/儲鈉性能優(yōu)異的柔性、自支撐電極也引起了研究者的廣泛關注。本文以Li4Ti5O12和NaTi2（PO4）3為研究對象,期望通過納米結構調(diào)控、復合材料設計、表面修飾及其組合策略提高材料的儲能能力,發(fā)展自組裝方法制備高性能柔性、... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１四種類型鋰離子／鈉離子電池結構圖［２６Ｉ（ａ）圓柱形電池；（ｂ）棱柱形電池；（ｃ）紐??扣電池；（ｄ）扁平型??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ａｌｋａｌｉ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ，?（ａ）?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ；??ｂｒｉｓｍａｔｉｃｃｃｏｉｎｄｔｈｉｎ?ａｎｄ?ｆｌａｔ．??

?１．?２．?２鋰／鈉離子電池的工作原理和結構特點??如圖１．１所示，鋰／鈉離子電池的結構組成類似，主要包括正極材料、負極材??料、電解液隔膜和外殼。??Ｉ???????????ｉ??ｉ?（ａ）?Ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｉｏｃｔｒｏｌｙｔｅ?（ｂ）??ｆｔ?＾??Ｓｅｐｙａｔｏｒ———＾?????ｓ?上；??！?〇?Ｔ?＂??Ｉ?Ｉ：?Ｃｏｌｔ?ｃａｈ??｜?－－?丨?Ｉ??Ｓｅｐａｒａｔｏｒ??｜?（Ｃ）?Ａｌ?Ｍｅｓｈ??ＬｉＱＵｉｄ?（ｄ）?＾＊＾，＞ＩＳ；，Ｃ?９＞９ＣＵ〇ｄ０??＇ｒ：－?…??ｉ?？?’暖之ｉ??！?Ｊ－￣￣Ｊ７ｖ?一??Ｃｅｌｔ?ｃａｎ??圖１．１四種類型鋰離子／鈉離子電池結構圖［２６Ｉ（ａ）圓柱形電池；（ｂ）棱柱形電池；（ｃ）紐??扣電池；（ｄ）扁平型??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ａｌｋａｌｉ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ，?（ａ）?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ；??（ｂ）?ｐｒｉｓｍａｔｉｃ；?（ｃ）?ｃｏｉｎ；?（ｄ）?ｔｈｉｎ?ａｎｄ?ｆｌａｔ．??以鋰離子電池為例簡要說明各個組成部分的特點。其中負極材料主要特點是??電勢接近于鋰的電勢（－３．４?Ｖ），而且有非常好脫／嵌鋰性能的材料，比如：碳材??料（商業(yè)化的鋰離子電池負極材料為石墨）、硅基材料、金屬氧化物、金屬硫化??物等其它材料。正極材料主要是一些具有高的氧化電位、結構穩(wěn)定且有很好脫嵌??鋰的材料

為鋰離子電池負極，展現(xiàn)出５４０?ｍＡｈ?ｆ的儲鋰性能［３７］。隨后研宄表明通過相似??的元素摻雜（如：半徑為０．６５的氮和０．８５的硼）改善還原氧化石墨烯的電子導??電性，可以進一步改善其能量密度和功率密度［３８］，如圖１．３ａ所示。另一方面，??科研工作者通過模擬計算，發(fā)現(xiàn)還原氧化石墨烯相對于石墨具有更好的鈉離子儲??存性能［３９］；實驗上，研究者通過５００攝氏度處理得到還原氧化石墨烯，作為鈉離??子電池負極在０．１?Ａ?ｆ的電流密度下，展現(xiàn)出１４０?ｍＡｈ?ｆ的比容量除了石??墨烯，研究者對類石墨烯二維碳片的儲鋰／儲鈉性能也開展了大量的研宂，并發(fā)??現(xiàn)它們具有良好的電化學性能。例如Ｃａｏ等人［４１］通過石墨化天然蠶絲制備的碳??納米片，在０．０１－３?Ｖ電壓測試范圍內(nèi)，電流密度為０．１?Ａｆ１時，可逆容量可達到??１９１３?ｍＡｈ?ｆ?（圖１．３ｂ所示）。不過石墨烯和二維碳片作為一類超薄二維材料，??易自堆疊和團聚

【參考文獻】：
博士論文
[1]柔性鋰（鈉）硫電池和鋰（鈉）硒電池正極材料的制備及電化學性能研究[D]. 曾林超.中國科學技術大學 2016
[2]基于二氧化鈦的納米復合電極材料的設計合成及其電化學儲鋰/鈉特性研究[D]. 陳朝吉.華中科技大學 2015
[3]鋰/鈉離子電池負極材料的制備和性能表征[D]. 王佳慶.中國科學技術大學 2015
[4]鈦基氧化物鋰離子電池負極材料的制備及電化學性能研究[D]. 喬蕓.華中科技大學 2013



本文編號：3523814