儲能電池的電極界面效應與能量密度、功率密度和循環(huán)壽命三項工業(yè)評估指標之間具有直接的構效關系,因而欲實現(xiàn)儲能的工程化放大,則亟需從電極熱力學和動力學的角度來研究電極界面的變化過程,從而進行針對性優(yōu)化。以粘結劑和電解液作為塑造界面效應的探索變量,建立界面效應與電池失效的對應模型。本文旨在基于鈉/鉀離子電池的界面效應來揭示鈉離子電池長循環(huán)失效現(xiàn)象以及鉀離子電池性能指標的平衡矛盾,繼而運用失效機理分析法,研判體系的電極過程變化,探索電極界面的設計方略:針對固態(tài)電解質(zhì)膜（Solid Electrolyte Interface,SEI）的組分和結構進行解析和優(yōu)化,采取粘結劑——電解液共軛匹配策略,直接提升電池系統(tǒng)的首次庫倫效率、倍率性能、比容量和循環(huán)穩(wěn)定性等實用指標。本文針對粘結劑對于界面效應的修飾作用做了如下三項工作。首先,本文構建了定制化硬碳負極NPHC-1200鈉離子電池,以海藻酸鈉（Sodium Alginate,SA）和羧甲基纖維素（Carboxymethylcellulose,CMC）作為水系粘結劑代表,以聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride,PVDF）作為油系... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈣離子電池人工SEI膜實現(xiàn)圖解

第一章緒論5綜上所述，對于非鋰系電池而言，研究其不良界面效應引發(fā)的失效問題的意義更為重大。幸而碳負極材料骨架同樣能夠為解決非鋰系電池的不良界面行為。對于本文主要討論的鈉離子電池和鉀離子電池體系而言，碳基材料仍然是最為理想的負極候選者。1.2鈉離子電池的電極設計鈉離子電池是非鋰系電池中基于相似原理最先被提出的，其在元素周期表上處于堿金屬一族中和鋰相鄰的位置，同樣也是依靠“搖椅式”充放電機理，如圖1-2[34]所示。從基本屬性來看，鈉電具有如下特性。（1）地殼豐度高：鈉資源的儲量為2.36wt%，是鋰儲備的1388倍[28]，且在全世界分布均勻，國內(nèi)有貯藏也十分廣泛；圖1-1鈣離子電池人工SEI膜實現(xiàn)圖解圖1-2鈉離子電池充放電示意圖[34]

第一章緒論7口，為高能量密度的鈉離子電池正極設計提供了思路。聚陰離子有機物POs中最廣為人知的材料便是Goodenough發(fā)明的橄欖石型LIFePO4，因其具備長循環(huán)結構穩(wěn)定的特性而具備工程放大的潛力。常見的聚陰離子包括磷酸鹽，硫酸鹽，氟磷酸鹽，硅酸鹽等。在鈉離子電池中，Li基硅酸鹽SiO4-如Li2FeSiO4-，Li2MnSiO4-和Li2CoSiO4-[43-45]等都有期望得到良好的應用。近年來POs中研究的熱點聚焦于NASICON結構的鈉離子超導體材料中，其中具有的代表性的為Na3V2(PO4)3[46]及其衍生物Na3VO(PO4)2F和Na2FeP2O7[47]等；與此同時，研究表明通過碳包覆[48]、氮摻雜[49]等方式能夠進一步提高NASICON結構的離子電導率和缺陷率，對于制備高比表面積的鈉離子電池正極大有裨益。有機分子是一種潛在的鈉離子電池正極材料，具有理論上高能量密度的特征。目前所報道的鈉基有機分子包括對苯二酸酯二鈉Na2C8H4O4[50]和2,5-二羥基-1,4-苯醌的二鈉鹽Na2C6H2O4[51]等。LiangZHAO[50]首次采用了有機分子Na2C8H4O4實現(xiàn)了250mAhg-1的可逆容量，且通過Al2O3包覆實現(xiàn)了儲鈉性能的大幅提升。Xiao-yanWU通過噴霧干燥法制備Na2C6H2O4，在首次庫倫效率高達88%的前提下獲得了259mAhg-1的可觀容量，上述工作為有機分子正極的拓展奠定了基矗普魯士藍類似物作為正極具有層間間隙大、理論容量高、制備工藝簡單等特點，十分契合鈉離子Shannon半徑較大的特性，為其提供了良好的插層環(huán)境[52]，其結構式可以表達為：NaxFe[Fe(CN)6]y·M1-y·nH2O，其中0<x<2,y<1。YaYOU[52]合圖1-3LTMOs的層疊方式[40]


本文編號：3419521