作為兩種典型的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置,鋰離子和鈉離子電池具有污染小、體積小和維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。為了滿足日益增長(zhǎng)的儲(chǔ)能需求,需要探索性能更加優(yōu)異的負(fù)極材料以提升電池的整體性能。本論文主要開(kāi)展對(duì)過(guò)渡金屬磷化物和氧化物的儲(chǔ)能研究,通過(guò)納米陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)筑復(fù)合材料,提高它們的鈉離子傳輸系數(shù)和電子電導(dǎo)性,進(jìn)而提升它們作為鋰離子和鈉離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。針對(duì)FeP粉末材料的鈉離子傳輸系數(shù)較低(¹0^-13 cm² s^-1),儲(chǔ)鈉體積變化較大（>202%）的問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)了原位生長(zhǎng)于Ti片上的FeP納米棒陣列（FeP NRs/Ti）。該納米棒陣列設(shè)計(jì)使得FeP的鈉離子傳輸系數(shù)達(dá)到10^-12 cm² s^-1,比涂布在銅箔上的FeP粉末高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)。FeP NRs/Ti在2 A g^-1電流密度下可逆容量達(dá)196.2 mAh g^-1（鈉離子半電池測(cè)試）。FeP與Ti片緊密的化學(xué)作用有助于維持材料的形貌... 

【文章來(lái)源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：88 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

LiCoO2(a)、LiMn2O4(b)和LiFePO4(c)的晶體結(jié)構(gòu)圖

1-2 (a)石墨的晶體結(jié)構(gòu)圖；(b) Li4Ti5O12的晶體結(jié)構(gòu)圖[42]；(c)鋰離子在 Li4Ti5O12中的遷徑[34]。合金化類(lèi)型鋰離子電池負(fù)極材料的理論比容量要高于嵌入脫出型材料，典有 Si、Ge 和 Sn 等，它們對(duì)應(yīng)的理論容量分別為 4200mAh g-1、1600mAh mAh g-1[43,44]。雖然合金化負(fù)極材料的理論容量較高，但較大的體積變化和較低的電導(dǎo)率極大限制了它們的進(jìn)一步發(fā)展[33,45]。毫無(wú)疑問(wèn)，體積變化問(wèn)題材料面臨的首要挑戰(zhàn)，因?yàn)閇46,47]：（1）體積變化大容易導(dǎo)致活性材料晶體結(jié)造成電化學(xué)活性的損失；（2）大的體積變化容易使已經(jīng)形成的 SEI 膜發(fā)生變導(dǎo)致新的表面暴露在電解液中，造成 Li+的不可逆損失；（3）活性材料反復(fù)膨脹和收縮易導(dǎo)致活性材料脫離集流體。圖 1-3 比較了嵌入脫出型材料（石i5O12）和典型合金化材料（Si、Ge 和 Sn）的儲(chǔ)鋰前后體積變化情況。從圖出，Si 的體積變化最大，高達(dá) 270%。為了解決這個(gè)問(wèn)題，崔屹課題組提出

圖 1-3 不同負(fù)極材料儲(chǔ)鋰前后的體積變化。M-X 鍵的離子性決定了該類(lèi)材料的儲(chǔ)鋰電位范圍為化反應(yīng)材料的理論容量一般高于嵌入脫出型材料，這物都是潛在的鋰離子電池負(fù)極材料[51]。從熱力學(xué)角度易生成的，然而，該反應(yīng)的逆過(guò)程卻比較難發(fā)生[51]。鋰可逆性的關(guān)鍵在于形成電化學(xué)活性強(qiáng)的金屬 M 來(lái)4 形象地描繪了這一過(guò)程。


本文編號(hào)：2909833