燃油汽車的運(yùn)行、火力發(fā)電等過程引起的化石燃料燃燒加劇了溫室效應(yīng),人們對于可再生和可持續(xù)能源（太陽能、風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能等）的研究興趣不斷增加,但是這些可再生能源固有的不連續(xù)性限制了其應(yīng)用,基于電化學(xué)原理的能源存儲系統(tǒng)可以克服其局限。鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜電子設(shè)備和電動汽車上,雖然在過去的二十多年其能量密度提高了近四倍,但是目前遇到了瓶頸,其中一個有效提高鋰離子電池能量密度的方法是利用高比容量的負(fù)極材料（比如硅、鍺、磷等）替換現(xiàn)有的石墨負(fù)極,但是這些高容量電極材料在充放電過程中具有大的體積變化,導(dǎo)致電極粉化,破壞了其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),通過設(shè)計納米結(jié)構(gòu)（比如納米多孔、納米線、納米陣列、核殼納米結(jié)構(gòu)等）可以有效緩解電極體積膨脹問題。同時鋰資源短缺而鈉資源非常豐富,鈉離子電池有望成為鋰電池的替代品,但是由于鈉離子半徑較大,充放電過程中電極體積膨脹也是其面臨的關(guān)鍵問題。本文利用鑄造和去合金化技術(shù)制備出了納米多孔鍺、納米多孔銻、紅磷@Ni-P核殼納米結(jié)構(gòu)以及鉍納米棒一系列高性能鋰/鈉離子電池負(fù)極材料,可以大規(guī)模制備。首先,利用快速凝固技術(shù)制備A171.6Ge28.4前驅(qū)體,將其放入5 wt%的鹽... 

【文章頁數(shù)】：200 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池工作原理
        1.2.2 鋰離子電池正極材料
        1.2.3 鋰離子電池負(fù)極材料
        1.2.4 鋰離子電池電解質(zhì)與隔膜
    1.3 鈉離子電池簡介
        1.3.1 鈉離子電池正極
        1.3.2 鈉離子電池負(fù)極
    1.4 去合金化技術(shù)制備納米多孔材料簡介
        1.4.1 去合金化技術(shù)的原理
        1.4.2 去合金化技術(shù)的應(yīng)用
    1.5 本文選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容
        1.5.1 選題依據(jù)
        1.5.2 主要研究內(nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 材料結(jié)構(gòu)分析與性能測試
        2.2.1 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.2.2 X射線衍射分析(XRD)
        2.2.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.2.4 激光共聚焦拉曼光譜(Raman Spectroscopy)
        2.2.5 比表面積及孔徑分析
        2.2.6 X射線光電子能譜分析(XPS)
    2.3 電化學(xué)性能表征
        2.3.1 鋰/鈉離子電池電極制備與電池裝配
        2.3.2 電池恒電流充放電性能測試
        2.3.3 循環(huán)伏安測試(CV)
        2.3.4 交流阻抗測試(AC impedance)
第三章 高性能納米多孔鍺鋰離子電池負(fù)極材料
    3.1 引言
    3.2 材料制備
    3.3 結(jié)果分析與討論
        3.3.1 去合金化技術(shù)制備納米多孔鍺過程的機(jī)理分析
        3.3.2 納米多孔鍺物相與結(jié)構(gòu)分析
        3.3.3 納米多孔鍺作為鋰離子電池負(fù)極的嵌鋰過程分析
        3.3.4 納米多孔鍺作為鋰離子電池負(fù)極的循環(huán)和倍率性能分析
        3.3.5 納米多孔鍺電極和鍺顆粒電極循環(huán)后的形貌與電化學(xué)阻抗譜比較
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 納米多孔銻的可控制備及其儲鈉性能與機(jī)理研究
    4.1 引言
    4.2 材料制備
    4.3 結(jié)果分析與討論
        4.3.1 去合金化制備納米多孔銻過程中結(jié)構(gòu)演變機(jī)理分析
        4.3.2 納米多孔銻物相與結(jié)構(gòu)分析
        4.3.3 去合金化制備的不同尺寸銻顆粒的形貌與物相分析
        4.3.4 不同形貌尺寸的納米多孔銻和銻顆粒作為鈉離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能分析
        4.3.5 商業(yè)銻粉和納米多孔銻電極循環(huán)后的形貌與電化學(xué)阻抗譜對比
        4.3.6 形貌可控的納米多孔銻嵌鈉機(jī)理分析
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 陣列狀鉍納米棒束的制備及其優(yōu)異的電化學(xué)儲能性
    5.1 引言
    5.2 材料制備
    5.3 結(jié)果分析與討論
        5.3.1 陣列狀鉍納米棒束的形貌和結(jié)構(gòu)物相分析
        5.3.2 陣列鉍納米棒束作為鈉離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能分析
        5.3.3 陣列鉍納米棒束在脫嵌鈉過程中的結(jié)構(gòu)演變分析
        5.3.4 陣列鉍納米棒束作為高性能鈉離子電池負(fù)極結(jié)構(gòu)分析
        5.3.5 陣列鉍納米棒束和鉍納米顆粒循環(huán)后電極形貌與電化學(xué)阻抗譜對比
    5.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第六章 紅磷@鎳磷核殼結(jié)構(gòu)調(diào)控及其長壽命儲鈉特性研究
    6.1 引言
    6.2 材料制備
    6.3 結(jié)果分析與討論
        6.3.1 去合金化調(diào)控RP@Ni-P核殼納米結(jié)構(gòu)過程機(jī)理分析
        6.3.2 去合金化調(diào)控RP@Ni-P核殼過程中的結(jié)構(gòu)形貌演變
        6.3.3 RP@Ni-P納米核殼結(jié)構(gòu)形貌分析
        6.3.4 RP@Ni-P的電子導(dǎo)電性分析與化學(xué)鍍過程中的顏色變化
        6.3.5 電池集流體化學(xué)鍍鎳后的結(jié)構(gòu)與儲鈉能力
        6.3.6 不同去合金化時間后RP@Ni-P的拉曼、紅外以及XPS價態(tài)分析
        6.3.7 RP@Ni-P作為鈉離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能分析
        6.3.8 紅磷電極和RP@Ni-P電極在循環(huán)后的電化學(xué)阻抗譜和形貌結(jié)構(gòu)分析
        6.3.9 鈉離子電池正極材料Na_3V_2(PO_4)_3/C的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能分析
        6.3.10 8h RP@Ni-P//Na_3V_2(PO_4)_3/C鈉離子全電池電化學(xué)性能分析
        6.3.11 RP@Ni-P電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性對比
        6.3.12 RP@Ni-P嵌鈉機(jī)理分析
    6.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
    參考文獻(xiàn)
致謝
附錄
    攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文
    攻讀博士學(xué)位期間獲授權(quán)的專利
    攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目
    參加學(xué)術(shù)會議情況
    攻讀博士學(xué)位期間獲獎情況
外文論文
學(xué)位論文評閱及答辯情況表


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]鋰離子電池錫基負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 袁萬頌,田彥文,劉國強(qiáng).  稀有金屬與硬質(zhì)合金. 2009(04)
[4]鋰離子電池用銻基負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀[J]. 張勇,霍慶媛,王力臻,張愛勤.  電池. 2013(01)
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本文編號：3698834