由于鋰離子電池具有能量密度高和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車和便攜式設(shè)備中。然而,作為鋰離子電池的負(fù)極材料,石墨電極擁有低的容量,已無法滿足日益增長(zhǎng)的需求,嚴(yán)重限制了鋰離子電池的大規(guī)模應(yīng)用。因此,研發(fā)電化學(xué)性能優(yōu)異的新型電極材料尤為重要。此外,由于地殼中鋰資源有限和價(jià)格昂貴等問題,極大地限制了其在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用。鑒于此,鈉資源在地殼中的儲(chǔ)量豐富,且具有相似儲(chǔ)能機(jī)制的鈉離子電池,從而被認(rèn)為是鋰離子電池的重要補(bǔ)充,極具發(fā)展前景。然而,由于鈉離子較大的半徑和較差的反應(yīng)動(dòng)力學(xué),使得適合鈉離子穩(wěn)定脫出和嵌入的電極材料很少。因此,開發(fā)能夠快速、穩(wěn)定儲(chǔ)鋰/鈉的高比容量電極材料是目前亟待解決的問題。過渡金屬硫化物（例如FeS,CoS,MoS₂等）具有較高的理論容量、較弱的金屬-硫鍵、以及合適的氧化還原電位,作為鋰/鈉離子電池負(fù)極材料備受關(guān)注。然而,過渡金屬硫化物導(dǎo)電性較差,且在離子脫出/嵌入的過程中出現(xiàn)大的體積變化和緩慢的擴(kuò)散速率導(dǎo)致容量的快速衰減和差的倍率性能,嚴(yán)重制約了其在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文針對(duì)過渡金屬硫化物存在的問題,通過制備過渡金屬硫化物和碳的復(fù)... 

【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

部分儲(chǔ)能裝置的發(fā)展[10]。

在1977年,Armand提出“搖椅式”概念[24],鋰離子電池形象地被稱為“搖椅式電池”。相比于基于“氧化-還原反應(yīng)”機(jī)理的普通電池,鋰離子電池中引入了“電化學(xué)嵌入/脫嵌”反應(yīng)。以正極材料為L(zhǎng)iCoO2,負(fù)極材料為石墨烯的鋰離子電池為例,圖1.4所示為鋰離子電池的充放電示意圖,鋰離子電池簡(jiǎn)單來說即所謂的“濃差電池”[25]。電池充電時(shí),當(dāng)有外加電流通過時(shí),鋰離子從正極(Li1-xCoO2)脫出,經(jīng)過電解液(LiPF6)移動(dòng)到負(fù)極材料,以LixC6的形式滯留,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能[26-27]。當(dāng)電池放電時(shí),這些離子回到正極,通過產(chǎn)生的外部電流釋放儲(chǔ)存的化學(xué)能。鋰離子通過導(dǎo)電介質(zhì)在兩個(gè)電極之間的來回移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能之間的可逆的轉(zhuǎn)換。1.3 鋰離子電池的負(fù)極材料

鋰離子電池的電化學(xué)性能在很大程度上取決于活性電極材料[28]�；钚圆牧闲枰叩目赡嫘浴⒋蟮娜萘�、好的可塑性結(jié)構(gòu)以及好的穩(wěn)定性等特點(diǎn)�，F(xiàn)已商業(yè)化的石墨烯材料與鋰形成的化合物的計(jì)量數(shù)為6(LiC6)[29],且鋰離子在石墨烯負(fù)極材料中的傳輸速率始終小于10-6cm2s-1,導(dǎo)致低的比容量(372 mAh g-1)、較小的能量/功率密度。因此,為了提高鋰離子電池的能量/功率密度,需要尋找容量更大、鋰離子擴(kuò)散速率更高的負(fù)極材料來代替石墨烯材料(如圖1.5所示)[30]。不同的負(fù)極材料所對(duì)應(yīng)的理論質(zhì)量和體積比容量。經(jīng)過研究,傳統(tǒng)上而言,鋰在電極中的存儲(chǔ)反應(yīng)可以分為三種機(jī)制,即插入類(嵌入類)、合金類和轉(zhuǎn)換類(圖1.6所示)[31]。其中插入類(代表物為石墨、鈦酸鋰、以及氧化鈦等為基底的電極材料)通過鋰離子擴(kuò)散到層狀結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料的空隙中,形成類似三明治的結(jié)構(gòu)。該類型的材料有良好的循環(huán)能力,但表現(xiàn)出相對(duì)較低的比容量[32]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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