鈉離子電池作為最有前途的儲(chǔ)能體系之一,因其豐富而廉價(jià)的鈉資源而引起了眾多研究興趣,研究者們致力于開發(fā)先進(jìn)的負(fù)極材料以提高鈉離子電池的電化學(xué)性能。然而,盡管在鈉離子電池(SIBs)與鋰離子電池(LIBs)之間具有相似的原理,但是在SIBs的理想電極材料的研究中卻遇到了許多挑戰(zhàn)。特別地,考慮到大多數(shù)電池負(fù)極材料在循環(huán)過程中會(huì)經(jīng)歷顯著的體積膨脹、鈉離子的緩慢擴(kuò)散和電子傳導(dǎo)路徑損失,提出抑制微觀結(jié)構(gòu)變化和性能衰減的有效策略對(duì)于SIBs的研發(fā)是至關(guān)重要的。近年來,微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如多孔或三維(3D)納米結(jié)構(gòu)已被證明是解決上述挑戰(zhàn)的有效策略。通過創(chuàng)造更大的表面積,3D微結(jié)構(gòu)可以使更多的電解質(zhì)進(jìn)入,縮短鈉離子擴(kuò)散路徑,并實(shí)現(xiàn)快速鈉離子動(dòng)力學(xué)。此外,制造3D微觀結(jié)構(gòu)還可以適應(yīng)體積膨脹/收縮,并減少多個(gè)方向的內(nèi)部應(yīng)變,這可以保持整體微觀結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期循環(huán)過程中不被破壞。盡管微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以緩沖體積變化并改善離子傳輸,但它對(duì)提高電子傳導(dǎo)性的貢獻(xiàn)是有限的�？紤]到上述個(gè)別策略可能無法解決這些問題,非常需要提出一種簡(jiǎn)便有效的策略來同時(shí)解決上述挑戰(zhàn)。本工作利用Fe₃S₄豐富的資源...

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 鈉離子電池的概述
    1.3 鈉離子電池正極材料
        1.3.1 過渡金屬氧化物
        1.3.2 聚陰離子化合物
        1.3.3 普魯士藍(lán)類正極材料
        1.3.4 有機(jī)正極材料
    1.4 鈉離子電池負(fù)極材料
        1.4.1 碳基負(fù)極材料
        1.4.2 合金類負(fù)極材料
        1.4.3 氧化物與硫化物負(fù)極材料
        1.4.4 有機(jī)小分子化合物
    1.5 本課題研究的目的意義及主要內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)儀器及研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與材料
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備
    2.2 樣品的制備及電池的組裝
        2.2.1 電解液的配制
        2.2.2 電極制備和電池組
    2.3 電化學(xué)性能測(cè)試
        2.3.1 恒流充放電測(cè)試
        2.3.2 電化學(xué)交流阻抗譜(EIS)測(cè)試
    2.4 物理表征
        2.4.1 X-射線粉末衍射(XRD)
        2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能量色散譜(EDS)
        2.4.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.4.4 X射線光電子能譜(XPS)
        2.4.5 同步輻射X射線透射成像(TXM)
    2.5 第一性原理計(jì)算
第3章 3D Fe₃S₄ 負(fù)極材料構(gòu)筑及電化學(xué)性能研究
    3.1 引言
    3.2 水熱法構(gòu)筑Fe3S
        3.2.1 3D花狀Fe₃S₄ 樣品的構(gòu)筑
        3.2.2 3D花狀Fe₃S₄ 樣品的微觀結(jié)構(gòu)與物相分析
        3.2.3 微球Fe₃S₄ 樣品的合成
    3.3 3D花狀Fe₃S₄ 多級(jí)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)機(jī)理的研究
        3.3.1 不同反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)
        3.3.2 3D花狀Fe₃S₄ 多級(jí)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理
    3.4 Fe₃S₄ 樣品鈉離子電池負(fù)極性能測(cè)試
        3.4.1 3D花狀Fe₃S₄ 鈉離子電池的充/放電測(cè)試
        3.4.2 3D花狀Fe₃S₄ 鈉離子電池循環(huán)性能測(cè)試
        3.4.3 微球狀Fe₃S₄ 鈉離子電池循環(huán)性能測(cè)試
    3.5 本章小結(jié)
第4章 Fe₃S₄ 鈉離子電池負(fù)極電化學(xué)穩(wěn)定性機(jī)制研究
    4.1 引言
    4.2 固態(tài)電解質(zhì)膜對(duì)于Fe₃S₄ 鈉離子電池負(fù)極穩(wěn)定性的影響
        4.2.1 固態(tài)電解質(zhì)(SEI)膜厚度的影響
        4.2.2 固態(tài)電解質(zhì)膜成分的影響
    4.3 微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于鈉離子電池負(fù)極穩(wěn)定性的影響
        4.3.1 Fe₃S₄ 負(fù)極嵌鈉后納米斷層成像測(cè)試
        4.3.2 Fe₃S₄ 負(fù)極嵌鈉后掃描電鏡測(cè)試
    4.4 3D電子傳輸對(duì)于鈉離子電池負(fù)極穩(wěn)定性的影響
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果
致謝



本文編號(hào)：3819082