鋰離子電池的發(fā)展改善了人們的生活條件。然而,由于鋰資源的消耗以及鋰離子電池自身的安全問題限制了其在大規(guī)模儲(chǔ)能中的應(yīng)用。人們也將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以鈉離子電池為主的體系上。目前鈉離子電池研究的關(guān)鍵在于高性能負(fù)極材料的開發(fā)。目前報(bào)道的負(fù)極材料有多種不同的能量存儲(chǔ)機(jī)制,其中最為引人矚目的當(dāng)屬以碳基材料為主的負(fù)極材料（純碳材料及碳基復(fù)合材料）。對(duì)于純碳材料而言,其本身具有良好的電導(dǎo)率及循環(huán)穩(wěn)定性,通過一系列的結(jié)構(gòu)調(diào)控可以進(jìn)一步提高儲(chǔ)鈉性能。然而,如何構(gòu)建碳材料本征微觀結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)鈉機(jī)理之間的聯(lián)系仍需要進(jìn)一步的探索。對(duì)于碳所衍生的復(fù)合材料而言,以過渡金屬硫化物為例,通過與碳的均勻復(fù)合,在發(fā)揮高容量的同時(shí)也保證了穩(wěn)定性,但在目前的研究中仍然涉及到成本高、復(fù)合困難以及硫源污染等問題。為此,在本論文中,我們以生物糖類衍生的碳基材料為基礎(chǔ),通過一系列的結(jié)構(gòu)調(diào)控與分析表征來探究提高碳基材料儲(chǔ)鈉性能的有效手段,主要進(jìn)行了以下的研究:（1）選用較為常規(guī)的生物糖類葡萄糖作為碳源,利用模板輔助的方法制備了富含本征缺陷的碳材料,通過表征其微觀結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)鈉性能,發(fā)現(xiàn)碳材料中的固有本征缺陷可以作為鈉離子吸附的活性位點(diǎn)。所制備的碳... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Na離子電池系統(tǒng)的示意圖[9]

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文4SIBs的工作原理與LIBs類似（圖1.2），是鈉離子通過在正極與負(fù)極之間的脫嵌來實(shí)現(xiàn)充放電的過程。在充電中，鈉離子從正極（陰極）中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)移動(dòng)到負(fù)極（陽極），電子補(bǔ)償電荷通過外部電路從正極傳輸?shù)截?fù)極，從而形成閉合電路。放電時(shí)的過程則相反。一般而言，鈉離子在正負(fù)極間的脫嵌過程并不影響電極的基本結(jié)構(gòu)。最近的相關(guān)理論計(jì)算也表明了鈉離子的活化能和遷移勢(shì)壘在許多電極研究材料中是有利的，這也進(jìn)一步證實(shí)了SIBs的研究及應(yīng)用的可行性。圖1.2鈉離子電池的工作原理示意圖[9]Figure1.2Schematicdiagramoftheworkingprincipleofsodiumionbattery[9]1.2鈉離子電池負(fù)極材料目前SIBs體系研究的主要關(guān)鍵在于高性能電極材料的開發(fā)。其中，對(duì)于正極材料的研究報(bào)道如鈷錳氧化物、磷酸鹽、NASICON結(jié)構(gòu)化合物等已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，許多正極材料的性能已經(jīng)可以媲美于商用LIBs的水平。因此，當(dāng)前的研究瓶頸主要集中在先進(jìn)負(fù)極材料的開發(fā)設(shè)計(jì)上[10]。針對(duì)目前報(bào)道的SIBs負(fù)極材料有多種不同的能量存儲(chǔ)機(jī)制。根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)變化，放電產(chǎn)物以及發(fā)生的電化學(xué)行為可以將這些材料分為三類：插層反應(yīng)材料，合金化反應(yīng)材料和轉(zhuǎn)化反應(yīng)材料。具有不同電荷存儲(chǔ)機(jī)制的化合物可以通過先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用作高性能的SIBs負(fù)極。在本節(jié)中將對(duì)不同電荷存儲(chǔ)機(jī)制典型的負(fù)極材料進(jìn)行介紹[10]。

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文10活性位點(diǎn)（圖1.3c）。這導(dǎo)致在700圈循環(huán)下以0.5A·g-1的較高電流密度下發(fā)揮出穩(wěn)定的約為300mAh·g-1的高容量[40]。除了單一雜原子的摻雜之外，雜原子的共摻雜對(duì)于改善碳基材料的電化學(xué)性能可能具有更好的效果。目前已有關(guān)于N和S以及N和P共摻雜的碳用于SIBs的報(bào)道[41]。圖1.3（a）從間苯二酚甲醛獲得的碳微球的SEM圖像[35]（b）空心微球和實(shí)心微球中鈉離子存儲(chǔ)過程比較示意圖[36]（c）鈉離子在石墨，N摻雜碳和S摻雜碳中的存儲(chǔ)示意圖及硫摻雜硬碳材料的電化學(xué)儲(chǔ)鈉性能[40]Figure1.3(a)SEMimageofcarbonmicrospheresobtainedfromRF[35].(b)Schematicrepresentationofthecomparisonofsodiumionaccessibilityinhollowspheresandspheres[36].(c)Schematicdiagramofstorageofsodiumionsingraphite,N-dopedcarbonandS-dopedcarbon,andelectrochemicalsodiumstorageperformanceofsulfur-dopedhardcarbonmaterials[40].1.3.3碳基材料的儲(chǔ)鈉機(jī)理碳的儲(chǔ)鈉行為具有兩種特點(diǎn)，即在高電勢(shì)區(qū)呈現(xiàn)斜坡狀態(tài)和低電勢(shì)區(qū)區(qū)的明顯平臺(tái)。目前人們對(duì)于碳材料的鈉儲(chǔ)存機(jī)理有不同的看法。1.嵌入-吸附機(jī)理2000年，Dahn等人提出了這種機(jī)制，他們發(fā)現(xiàn)熱解硬碳在鋰，鈉系統(tǒng)的充放電行為非常相似。他們提出了“紙牌屋”模型來解釋這種現(xiàn)象：硬碳由隨機(jī)堆積的微

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Hard carbon derived from cellulose as anode for sodium ion batteries:Dependence of electrochemical properties on structure[J]. V.Simone,A.Boulineau,A.de Geyer,D.Rouchon,L.Simonin,S.Martinet.  Journal of Energy Chemistry. 2016(05)



本文編號(hào)：3622906