鋰離子電池由于具有能量轉(zhuǎn)化率高、能量密度大、環(huán)境污染小等優(yōu)點,在便攜式設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。但是,作為鋰離子電池常用負(fù)極材料的石墨因為理論比容量小等缺陷,越來越難滿足作為動力電源的能量需求。因此開發(fā)在大電流密度下放電比容量高,循環(huán)穩(wěn)定性好的負(fù)極材料具有十分重要的意義。同時,發(fā)展鈉/鉀離子電池儲能系統(tǒng)作為技術(shù)儲備也十分重要。磷作為鋰/鈉/鉀離子電池的負(fù)極材料成本較低且理論容量高達(dá)2596 mA h g^-1,潛力巨大。本文針對磷負(fù)極材料電導(dǎo)率差和在充放電過程中體積變化率大而造成的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能差的缺點,以提升磷負(fù)極材料的電池化學(xué)性能為目標(biāo),將磷與其他電導(dǎo)率高的元素結(jié)合,形成磷化物,并且通過設(shè)計和調(diào)控納米結(jié)構(gòu)來獲得可逆容量高、循環(huán)壽命長、高倍率充/放電性能好的儲鋰/鈉/鉀離子電池負(fù)極復(fù)合體系,以期為工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容如下:首先,設(shè)計和合成了一種具有納米棒狀結(jié)構(gòu)的磷化鐵/摻磷介孔碳材料。創(chuàng)制過程分成三步:即以氯化鐵和植酸(提供磷源和碳源)進(jìn)行加熱攪拌絡(luò)合,得到絡(luò)合物,隨后把得到的絡(luò)合物用管式爐高溫加熱使其碳化,得到Fe₂P_...

【文章頁數(shù)】：153 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰/鈉/鉀離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池簡介
        1.2.2 鈉離子電池簡介
        1.2.3 鉀離子電池簡介
    1.3 鋰/鈉/鉀離子電池的優(yōu)勢以及劣勢分析
        1.3.1 鋰離子電池的優(yōu)劣勢分析
        1.3.2 鈉離子電池的優(yōu)劣勢分析
        1.3.3 鉀離子電池的優(yōu)劣勢分析
    1.4 鋰/鈉/鉀離子電池的負(fù)極材料概況
        1.4.1 鋰/鈉/鉀離子電池負(fù)極材料設(shè)計要求
        1.4.2 鋰離子電池的負(fù)極材料的概述
            1.4.2.1 鋰離子電池碳基負(fù)極材料
            1.4.2.2 合金負(fù)極材料
            1.4.2.3 過渡金屬氧化物負(fù)極材料
        1.4.3 鈉離子電池的負(fù)極材料概述
            1.4.3.1 鈉離子電池碳基負(fù)極材料
            1.4.3.2 鈉離子電池合金負(fù)極材料
            1.4.3.3 鈉離子電池金屬氧化物負(fù)極材料
            1.4.3.4 鈉離子電池金屬硫化物負(fù)極材料
        1.4.4 鉀離子電池的負(fù)極材料的概述
            1.4.4.1 鉀離子電池碳基負(fù)極材料
            1.4.4.2 鉀離子電池非碳基負(fù)極材料
    1.5 磷化物作為鋰/鈉/鉀離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展
        1.5.1 磷化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展
        1.5.2 磷基化合物作為鈉離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展
        1.5.3 磷化物作為鉀離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展
    1.6 本文研究的目的、意義和主要內(nèi)容
第二章 實驗設(shè)計與方法
    2.1 主要儀器設(shè)備和材料
        2.1.1 主要儀器設(shè)備
        2.1.2 實驗材料及化學(xué)試劑
    2.2 材料理化性質(zhì)表征
        2.2.1 掃描電子顯微鏡
        2.2.2 場發(fā)射透射電子顯微鏡
        2.2.3 X射線粉末衍射
        2.2.4 X射線光電子能譜
        2.2.5 熱重分析
        2.2.6 BET比表面積測試
        2.2.7 拉曼光譜分析
    2.3 等離子體輔助球磨機理
第三章 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的制備及其儲鋰性能
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的制備
        3.2.2 電池的制備及性能測試
        3.2.3 材料表征
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 磷化鐵還原條件探索
        3.3.2 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的形貌結(jié)構(gòu)表征
        3.3.3 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的儲鋰性能
        3.3.4 全電池性能測試
        3.3.5 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的儲鈉性能
    3.4 本章小結(jié)
第四章 等離子體輔助球磨制備硒-磷-碳復(fù)合材料的儲鋰、儲鈉性能
    4.1 引言
    4.2 SE-P-C材料的制備與表征
        4.2.1 Se-P-C復(fù)合材料的制備
        4.2.2 電池的制備
        4.2.3 電化學(xué)測試
        4.2.4 材料表征
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 Se-P-C復(fù)合材料的制備機理
        4.3.2 不同球磨條件下制備的Se-P-C復(fù)合材料形貌與結(jié)構(gòu)
        4.3.3 Se-P-C復(fù)合材料的儲鋰性能
        4.3.4 Se-P-C復(fù)合材料的儲鈉性能
    5.4 本章小結(jié)
第五章 等離子體輔助球磨制備硒-磷-碳復(fù)合材料的儲鉀性能
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 電池的制備及使用設(shè)備
        5.2.3 材料表征
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 Se-P-C復(fù)合材料的儲鉀性能
        5.3.2 Se-2P/C@30h電極的循環(huán)失效機理分析
        5.3.3 Se-P-C復(fù)合材料電極的充放電反應(yīng)機理分析
    5.4 本章小結(jié)
全文總結(jié)與工作展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 創(chuàng)新性
    6.3 全文展望
附錄
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號：3774107