近年來,隨著現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展以及化石燃料污染問題日益嚴峻,能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高、靈活可靠、綠色環(huán)保的二次電池技術得到學術界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關注。目前,鋰離子電池已經(jīng)實現(xiàn)了廣泛商業(yè)化應用,然而鋰資源短缺和分布不均的瓶頸問題勢必會制約其可持續(xù)發(fā)展應用。鑒于鈉資源豐富的儲量以及鈉和鋰相似的物化性質(zhì),在鋰離子電池的基礎上發(fā)展鈉離子電池以期部分替代鋰離子電池應用場景的研究應運而生�；凇皳u椅式”工作原理,開發(fā)比容量高、電子/離子導電性優(yōu)異、循環(huán)壽命長的電極材料是鈉離子電池發(fā)展和應用的關鍵。其中,過渡金屬硫化物（TMSs）和普魯士藍類化合物（PBAs）由于儲量豐富、結構多樣、環(huán)境友好等特點受到了廣泛關注,并且具有高的能量密度和優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性。與碳材料復合可以有效抑制TMSs在充放電過程中的體積膨脹,而通過過渡金屬離子的種類和化學環(huán)境可以調(diào)控PBAs的電化學性能。因此,本文主要圍繞TMSs負極材料和PBAs正極材料展開,具體包括材料制備、組分調(diào)控、結構和形貌表征及電化學性能測試。研究內(nèi)容分為以下兩個部分:（1）柔性自支撐TMSs材料通常采用靜電紡絲技術進行制備,但是后期硫化過程容易導致纖維膜柔性... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

地殼中主要元素的豐度分布示意圖

第一章緒論3的鹽有高氯酸鹽、六氟磷酸鹽，常用的有機溶劑有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)；隔膜作為隔絕正負極并允許離子通過的元件，一般采用絕緣的高分子膜，如聚丙烯微孔膜；負極一般為碳材料、金屬合金及其氧化物/硫化物材料，常見的鋰電負極材料有石墨、硅基材料，常見的鈉電負極材料有硬碳、金屬氧/硫化物材料。由于工作狀態(tài)下，鋰/鈉離子在正負極之間進行可逆的脫出和嵌入，因此鋰/鈉離子電池被形象地成為“搖椅式”電池。充電時，鋰/鈉離子從正極材料中脫出，經(jīng)過電解液和隔膜，最終嵌入負極材料；同時，為了確保電荷平衡，正極材料中的其他離子或者離子基團失去電子，所失電子經(jīng)由外電路流向負極；放電時，這一過程正好相反，鋰/鈉離子從負極材料中脫出，電子經(jīng)由外電路流向正極。圖1.2鋰離子電池的工作原理示意圖[15]Figure1.2SchematicillustrationofLithiumionbatteries[15].1.3鋰離子電池/鈉離子電池負極材料研究現(xiàn)狀由于鋰離子電池和鈉離子電池都基于“搖椅式”工作原理，電極材料成為了決定電池循環(huán)穩(wěn)定性和容量的關鍵組成部分。但是，金屬鋰和金屬鈉具有非常活潑的化學性質(zhì)，在直接用作負極材料時，存在沉積不均勻、產(chǎn)生枝晶等問題。因此，有必要探索更加合適的負極材料�；趯嵱眯枨螅摌O材料應當滿足以下條件[16,17]：（1）低電位平臺。為了獲得高的輸出電壓，鋰/鈉離子在負極材料中的充放電電位應該盡量接近金屬鋰/鈉的電位。

浙江大學碩士學位論文6圖1.3儲鋰/鈉過程中的體積變化示意圖[23]Fig.1.3Schematicillustrationofvolumeexpansionduringtheprocessoflithiumandsodiumstorage[23].設計特殊的納米結構用于緩沖體積膨脹、縮短離子傳輸距離以及提供大量活性位點是最常見的改性方法之一，可以有效提高材料的比容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，例如：為了研究顆粒尺寸對材料循環(huán)穩(wěn)定性的影響，Wang[24]等采用多元醇濕化學法合成了不同尺度（30到2000nm）的單分散錫金屬顆粒，測試結果表明30nm和45nm尺度的錫金屬顆粒電化學性能最佳。這是因為在納米尺度的錫金屬顆粒中，合金化/去合金化反應可以均勻發(fā)生，同時體積膨脹現(xiàn)象也會受到抑制。但是，納米結構材料在多次循環(huán)之后存在顆粒團聚的問題，會嚴重降低材料的電化學性能。另外，與碳基材料進行復合也被研究人員廣泛采用。引入的碳基體在改善過渡金屬材料導電性的同時，還可以有效地抑制過渡金屬的體積變化、納米材料的顆粒團聚。Qin[25]等通過原位化學氣相沉積技術（CVD）多級結構Sn@石墨烯，Sn@石墨烯顆粒分布在三維多孔結構石墨烯材料中，這種特殊結構有效地改善了單質(zhì)Sn的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。在2Ag-1的電流密度下具有640mAhg-1的比容量，穩(wěn)定循環(huán)1000圈后容量保持率達96.3%；在0.2、0.5、1、2、5、10Ag-1的電流密度下，比容量分別為1022、865、780、652、459、270mAhg-1。Qiu[26]等通過簡單的自催化溶劑熱反應法合成了Sb@C微球，Sb以僅有20nm左右的顆粒形式存在，并且均勻彌散在碳骨架中；Sb@C微球在作為鈉電負極時表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能，在0.5C的電流密度下循環(huán)300圈后比容量為640mAhg-1，容量保持率在92.3%。除了上述方式以外，采用合適的高分子粘結劑和設計合金結構也可以起到抑制體積膨脹、改

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Progress in aqueous rechargeable batteries[J]. Jilei Liu,Chaohe Xu,Zhen Chen,Shibing Ni,ZeXiang Shen.  Green Energy & Environment. 2018(01)
[2]Azobenzene mesogens mediated preparation of Sn S nanocrystals encapsulated with in-situ N-doped carbon and their enhanced electrochemical performance for lithium ion batteries application[J]. 王勐,周旸,段軍飛,諶東中.  Chinese Physics B. 2016(09)



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