本文關(guān)鍵詞：高性能鈉離子薄膜電池負(fù)極材料的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：對(duì)于新能源社會(huì)的建設(shè),規(guī)模儲(chǔ)電是眾多應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。要達(dá)到規(guī)模儲(chǔ)電的要求,首要因素是成本與環(huán)境友好,而能量密度次之。目前應(yīng)用最廣的鋰離子電池由于其開采成本高等原因限制其大規(guī)模儲(chǔ)能。相比較而言,鈉離子電池具有資源豐富易開采、環(huán)境友好、原料豐富、成本低等優(yōu)點(diǎn),符合規(guī)模化儲(chǔ)能應(yīng)用要求。因此當(dāng)前儲(chǔ)能電池的只要研究方向?yàn)殚_發(fā)具有更高能量密度、更長循環(huán)壽命以及更高安全性的鈉離子電池的電極材料。本論文主要利用靜電噴霧沉積和化學(xué)合成法,分別制備了碳包覆銻的薄膜(C/Sb)和納米多孔硬碳纖維負(fù)極材料,并對(duì)材料的碳包覆和納米多孔結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)鈉性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在第一章中,簡(jiǎn)要說明了鈉離子電池的基本組成結(jié)構(gòu)和工作原理,并對(duì)常見的鈉離子電池正負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,按照其結(jié)構(gòu)類型對(duì)于電極材料進(jìn)行了分析。靜電噴霧沉積作為一種薄膜的制備方法,在眾多領(lǐng)域內(nèi)都有所應(yīng)用。在第章中對(duì)這一技術(shù)的裝置和工作原理進(jìn)行了闡述,并且對(duì)實(shí)驗(yàn)中使用的其它儀器和表征手段進(jìn)行了介紹。在第三章中,我們利用通過靜電噴霧技術(shù)制備三維網(wǎng)狀多孔C/Sb復(fù)合負(fù)極材料。它顯示出優(yōu)良的可逆容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能：0.2C條件下可逆容量達(dá)到630 mAh g-1,達(dá)到理論比容量的96%。3C電流密度下900次循環(huán)后仍保持224mAh g-1的比容量。這歸因于獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：均一尺寸的納米級(jí)銻粒子更利于鈉離子的存儲(chǔ)；多孔碳基體能有效緩解銻粒子的團(tuán)聚和體積膨脹；多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)易于電解液的浸潤。在第四章中,我們選用具有高吸水性的細(xì)菌纖維素為模板,設(shè)計(jì)制備得到N,O共摻雜的三維納米多孔硬碳纖維材料。在合成過程中,通過調(diào)整KOH的用量,來控制所得三維納米多孔硬碳纖維的比表面積和孔徑大小。它展現(xiàn)了高的可逆容量和超長循環(huán)性能：在100 mAg-1條件下循環(huán)100次后保持545 mAhg-1的容量,在高電流密度2Ag-1下2000次長循環(huán)后仍維持240 mAg-1。此外我們對(duì)三維納米多孔碳纖維電極材料的儲(chǔ)鈉機(jī)理進(jìn)行了探究,高的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)更利于電解液的浸潤,而N,O共摻雜提高了碳材料的導(dǎo)電性和表面親水性。者協(xié)同作用,實(shí)現(xiàn)有效提高其儲(chǔ)鈉的循環(huán)穩(wěn)定性和快速充放電性能。在第四章的基礎(chǔ)上,在第五章中,我們成功合成了三維B,N共摻雜硬碳納米纖維自支撐電極材料,展現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)性能100 mAg-1電流密度下100次循環(huán)后仍有581mAhg-1的比容量,且10Ag-1電流密度下比容量有277 mAhg-1。所得到的顯著性能歸因于B,N共摻雜所產(chǎn)生的缺陷、大的比表面積、擴(kuò)大的碳層間距和三維多孔結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。在論文的六章,總結(jié)了本論文的創(chuàng)新點(diǎn)和不足之處,并對(duì)接下來的研究工作提出了展望。
【關(guān)鍵詞】：鈉離子電池 靜電噴霧沉積 摻雜 合金材料 三維多孔硬碳纖維
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 引言12-14
• 1.2 鈉離子電池組成與工作原理14-15
• 1.3 鈉離子電池常見正極材料15-17
• 1.3.1 氧化物型材料15-16
• 1.3.2 過渡金屬氟化物正極材料16
• 1.3.3 磷酸亞鐵鈉(NaFePO4)正極材料16-17
• 1.3.4 NASICON型化合物17
• 1.4 鈉離子電池負(fù)極材料17-19
• 1.4.1 碳基材料18
• 1.4.2 金屬氧化物18-19
• 1.4.3 合金負(fù)極材料19
• 1.5 電解液19-20
• 1.5.1 液體電解液19-20
• 1.5.2 固態(tài)電解液20
• 1.6 課題的背景和內(nèi)容20-21
• 參考文獻(xiàn)21-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)儀器與方法28-36
• 2.1 靜電噴霧沉積原理及裝置28-29
• 2.2 材料表征手段與儀器29-30
• 2.2.1 X射線衍射分析(XRD)29
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)29
• 2.2.3 透射電子顯微鏡(TEM)29
• 2.2.4 傅里葉紅外譜儀(FT-IR)29
• 2.2.5 拉曼光譜儀(Raman)29-30
• 2.2.6 熱重分析儀30
• 2.2.7 X射線光電子能譜分析儀(XPS)30
• 2.2.8 烘箱30
• 2.2.9 真空管式氣氛爐和馬弗爐30
• 2.3 鈉離子電池的組裝與測(cè)試30-33
• 2.3.1 刮刀法制備電極膜30-31
• 2.3.2 半電池的組裝31
• 2.3.3 鈉離子電池電化學(xué)性能測(cè)試儀器及方法31-33
• 參考文獻(xiàn)33-36
• 第三章 C/Sb復(fù)合負(fù)極材料的靜電噴霧沉積制備36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-38
• 3.2.1 靜電噴霧沉積制備薄膜材料36-37
• 3.2.2 電池制備及電化學(xué)性能測(cè)試37-38
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論38-44
• 3.3.1 材料的分析與表征38-40
• 3.3.2 電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果與分析40-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 參考文獻(xiàn)46-50
• 第四章 3D N,O共摻雜碳納米纖維的制備與應(yīng)用50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分50-51
• 4.2.1 3D N,O共摻雜碳納米纖維的制備50-51
• 4.2.2 電池制備及電化學(xué)性能測(cè)試51
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論51-59
• 4.3.1 材料的分析與表征51-56
• 4.3.2 電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果與分析56-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 第五章 3D B,N共摻雜碳納米纖維自支撐電極的制備與應(yīng)用64-76
• 5.1 引言64-65
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分65-66
• 5.2.1 3D N,O共摻雜碳納米纖維的制備65
• 5.2.2 電池制備及電化學(xué)性能測(cè)試65-66
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論66-71
• 5.3.1 材料的分析與表征66-69
• 5.3.2 電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果與分析69-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 第六章 論文總結(jié)與展望76-78
• 6.1 本論文的創(chuàng)新之處76
• 6.2 本論文的不足之處76
• 6.3 未來研究工作展望76-78
• 致謝78-80
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80

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  本文關(guān)鍵詞：高性能鈉離子薄膜電池負(fù)極材料的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：507934