鈉與鉀在地球上含量豐富、成本低廉。特別是,它們與鋰的化學性質十分相似,電極電勢也非常接近,因此,若能夠基于鈉/鉀離子嵌入反應構建高性能儲能電池,在規(guī)模儲能方面更具資源與環(huán)境的優(yōu)勢。具有鈉的快離子導體（NAtrium Super Ionic CONductor,NASICON）結構的鈦基材料具有穩(wěn)固的三維框架結構、高的離子電導率以及優(yōu)異的分子調變性,因而被認為是極具應用前景的新型二次電池負極材料。本論文以鈦基NASICON結構材料為研究對象,從材料的功能化設計、表/界面修飾和顆粒尺寸剪裁等幾個層次出發(fā),提升材料可逆比容量,優(yōu)化倍率性能,獲得了幾種電化學性能優(yōu)異的負極材料。首先,我們采用溶膠凝膠法制備了Ca0.5Ti2（PO4）3@C納米復合材料。通過在堿土金屬元素位置引入空位,有效地提高了NASICON結構材料的電化學儲鈉可逆比容量。其次,我們發(fā)現(xiàn)Ag Ti2（PO4）3材料存在電化學“自包覆”現(xiàn)象。首次放電后產生的Ag納米顆粒包覆在反應物表面,可以有效提高負極材料的導電率,從而提升儲鈉性能。隨后,我們采用靜電噴霧法制備了納米顆粒自組裝的微球形貌的KTi2（PO4）3材料。這種獨特的“分... 

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
內容提要
中文摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 二次電池概述
        1.2.1 鈉/鉀離子二次電池的組成
        1.2.2 鈉/鉀離子二次電池的工作原理
        1.2.3 二次電池的關鍵參數(shù)
    1.3 負極材料
        1.3.1 負極材料的儲能機制
        1.3.2 電極材料設計的關鍵因素
    1.4 鈦基負極材料在鈉/鉀離子電池中的應用
        1.4.1 二氧化鈦
        1.4.2 鈦基MXene材料
        1.4.3 鈦基層狀過渡金屬氧化物
        1.4.4 鈦酸鹽
        1.4.5 鈦基磷酸鹽
    1.5 本論文選題意義及研究內容
    參考文獻
第2章 實驗方法
    2.1 實驗試劑及實驗儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 樣品的物性表征
        2.2.1 X射線衍射分析
        2.2.2 掃描電子顯微鏡
        2.2.3 透射電子顯微鏡
        2.2.4 拉曼光譜分析
        2.2.5 熱重分析
        2.2.6 CHN元素分析
        2.2.7 氮氣吸脫附分析
    2.3 樣品的電化學性質表征
        2.3.1 電池的組裝
        2.3.2 恒流充放電測試
        2.3.3 循環(huán)伏安測試
        2.3.4 電化學交流阻抗測試
        2.3.5 恒電流間歇滴定技術
第3章 高比容量Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C納米復合材料的設計、制備與儲鈉性質的研究
    3.1 前言
    3.2 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C的制備及表征方法
        3.2.1 材料的制備
        3.2.2 材料的物性表證
        3.2.3 材料的電化學性能測試
    3.3 結果與討論
        3.3.1 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C納米復合材料的物理性質
        3.3.2 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C復合材料的電化學性質
        3.3.3 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C復合材料的動力學性質
    3.4 本章小結
    參考文獻
第4章 新型NASICON結構負極材料AgTi_2(PO_4)_3的新奇電化學儲鈉機制研究
    4.1 前言
    4.2 AgTi_2(PO_4)_3的制備和表征
        4.2.1 材料的制備
        4.2.2 材料的物性表征
        4.2.3 材料的電化學性能測試
    4.3 結果與討論
        4.3.1 AgTi_2(PO_4)_3材料的結構和形貌特征
        4.3.2 AgTi_2(PO_4)_3材料的電化學性質
        4.3.3 AgTi_2(PO_4)_3材料的儲鈉機制研究
        4.3.4 AgTi_2(PO_4)_3材料的動力學性質研究
    4.4 本章小結
    參考文獻
第5章 KTi_2(PO_4)_3@C微米球的制備與電化學儲鈉和儲鉀性質的研究
    5.1 前言
    5.2 KTi_2(PO_4)_3@C的制備和表征
        5.2.1 材料制備
        5.2.2 材料的物性表征
        5.2.3 材料的電化學性能測試
    5.3 結果與討論
        5.3.1 KTi_2(PO_4)_3@C納米復合材料的形貌表征
        5.3.2 KTi_2(PO_4)_3@C納米復合材料的電化學性質
        5.3.3 KTi_2(PO_4)_3@C納米復合材料在嵌鈉、嵌鉀反應中的動力學性質研究
    5.4 本章小結
    參考文獻
第6章 “water-in-salt”型水系鉀離子電池電解液及其應用研究
    6.1 前言
    6.2 電解液與電極材料的制備及表征方法
        6.2.1 電極的制備
        6.2.2 電解液的制備
        6.2.3 電極材料的表征
        6.2.4 電化學性能測試
    6.3 結果與討論
        6.3.1 對電極活性炭的物理性質
        6.3.2 KTi_2(PO_4)_3@C在不同濃度電解液中的電化學性質
        6.3.3 KTi_2(PO_4)_3@C在30 m乙酸鉀溶液(“water-in-salt”電解液)中的電化學性質
    6.4 本章小結
    參考文獻
第7章 結論與展望
    7.1 全文總結
    7.2 工作展望
作者簡介及攻讀博士學位期間所取得的學術成果
致謝



本文編號：3719823