當(dāng)前,發(fā)展可再生能源、推動(dòng)電網(wǎng)智能化已成為能源領(lǐng)域的重要方向,作為平衡能源供給和消費(fèi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的工作原理,顯著的資源和成本優(yōu)勢(shì)促使其有望在規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。開發(fā)高性能正極材料對(duì)于鈉離子電池的發(fā)展與應(yīng)用至關(guān)重要。作為一類三維開框架結(jié)構(gòu)材料,普魯士藍(lán)類似物可以實(shí)現(xiàn)鈉離子可逆脫嵌,具有較高的理論比容量和工作電位。同時(shí),資源豐富、合成簡(jiǎn)便和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)使得其在鈉離子電池中具有很好的應(yīng)用前景。本文圍繞普魯士藍(lán)類似物中極具應(yīng)用前景的Na₂MnFe（CN）₆（MnHCF）和Na₂FeFe（CN）₆（FeHCF）兩類材料展開了研究,通過(guò)PEDOT導(dǎo)電聚合物包覆提升了MnHCF的循環(huán)和倍率特性,結(jié)合合成溫度和反應(yīng)液成分調(diào)控實(shí)現(xiàn)了富鈉FeHCF的制備。主要工作總結(jié)如下:（1）MnHCF具有組成元素資源豐富、工作電位高、富鈉結(jié)構(gòu)易得等顯著優(yōu)勢(shì)。然而,其差的電子導(dǎo)電性導(dǎo)致了嚴(yán)重的電化學(xué)極化問(wèn)題,同時(shí)在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中存在相變和過(guò)渡金屬溶出等問(wèn)題,造成電... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鈉離子電池工作原理示意圖[15]

各種納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，如Huang等[35]以大量的生物質(zhì)蔗糖為原料合成均勻分散的硬碳球，實(shí)現(xiàn)6Ag-1電流密度下比容量達(dá)到270mAhg-1，與P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2正極組成的全電池具有3.5V輸出電壓和200Whkg-1的能量密度。Liu等[36]通過(guò)聚苯胺裂解制備了納米硬碳顆粒，由于石墨層間距僅0.366nm且硬碳顆粒為納米尺寸，從而極大地降低了鈉離子嵌入阻力，表現(xiàn)出優(yōu)良的倍率性能。然而，大部分硬碳材料都存在初始庫(kù)倫效率低、鈉離子脫嵌動(dòng)力學(xué)差的問(wèn)題，還需采用輕質(zhì)雜原子(如B、N、P、S等)摻雜等方法對(duì)其加以改性。圖1.2硬碳中鈉離子儲(chǔ)存機(jī)制示意圖:(a)插層-吸附;(b)吸附-插層[34]Fig.1.2SchematicillustrationofthemechanismsforNa-ionstorageinhardcarbon:(a)intercalation–adsorption.(b)adsorption–intercalation[34].1.3.2.2合金類負(fù)極材料鈉能夠與多種金屬和非金屬元素形成合金，如P、Sn、Sb、Ge、Pb和Bi等，對(duì)應(yīng)的理論比容量分別為2596(Na3P)、847(Na15Sn4)、660(Na3Sb)、369(NaGe)、484(Na15Pb4)、385(Na3Bi)mAhg-1[37-39]。然而這類材料在合金/去合金過(guò)程中存在擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)緩慢，生成不穩(wěn)定固體電解質(zhì)中間相(SEI)和體積變化大等問(wèn)題，從而限制了它們的實(shí)際應(yīng)用[40-42]。為了提升合金類負(fù)極材料的循環(huán)壽命和動(dòng)力學(xué)性能，通常對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌設(shè)計(jì)。Cui等[43]合成了一種由幾個(gè)磷烯層夾在石墨烯層間的雜化材料，磷烯層降低鈉離子的擴(kuò)散距離，石墨烯層作為電子傳導(dǎo)途徑，在50mAg-1下得到2440mAhg-1的可逆容量，甚至在26Ag-1下，仍能保持645mAhg-1。對(duì)于Sn負(fù)極，直到目前，合金化過(guò)程依然沒有得到統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，通過(guò)密度泛函理論計(jì)算，Chevrier等[44]認(rèn)為Na和Sn的合金化過(guò)程經(jīng)過(guò)了Sn–NaSn5–NaSn

第一章緒論9研究了熱處理溫度對(duì)Na0.44MnO2電化學(xué)性能的影響，900℃熱處理得到的Na0.44MnO2納米線具有更長(zhǎng)的長(zhǎng)度和更小的寬度，在20C下比容量達(dá)到99mAhg-1。一些研究人員還試圖通過(guò)形貌調(diào)控來(lái)提高Na0.44MnO2的倍率性能和體積能量密度，如Li等[69]在酸性還原環(huán)境中合成了晶體沿[001]方向生長(zhǎng)受限的二維Na0.44MnO2納米板，這種結(jié)構(gòu)可以提供較短的傳輸路徑以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且具有較高的振實(shí)密度。圖1.3電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中Na0.44MnO2脫嵌Na+示意圖[65]Fig.1.3SchematicillustrationofthephasetransformationoftheNa0.44MnO2uponelectrodereaction[65].總的來(lái)說(shuō)，隧道型氧化物具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而且在鈉離子脫出/嵌入過(guò)程中不會(huì)存在明顯的結(jié)構(gòu)破壞。然而這類材料初始鈉含量低、比容量較低，如果想要大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用，在保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下提升其初始鈉含量顯得尤為重要。圖1.4不同結(jié)構(gòu)層狀氧化物示意圖[70]Fig.1.4SchematicillustrationofNa-Me-Olayeredmaterialswithdifferentstructures[70].


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