本文關(guān)鍵詞：鈦基鈉離子儲(chǔ)能電池負(fù)極材料的制備與性能研究　出處：《北京理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：能源短缺和環(huán)境污染已成為人類(lèi)生存和發(fā)展必須面對(duì)的問(wèn)題,可再生能源將會(huì)是未來(lái)能源的必然選擇。而能源的轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)是利用可再生能源的關(guān)鍵,在眾多現(xiàn)有儲(chǔ)能器件中,雖然鋰離子電池具有高能量密度,長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì),但未來(lái)作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的使用會(huì)使鋰資源短缺。鈉元素與鋰元素同處第一主族,且鈉在地殼和海水中儲(chǔ)量豐富,價(jià)格低廉,鈉的氧化還原電位較高,用鈉替代鋰開(kāi)發(fā)出的鈉離子電池與鋰離子電池具有相似的工作機(jī)理,但是在價(jià)格,環(huán)保,安全性方面更具有優(yōu)勢(shì),如果性能優(yōu)良,那么可在大規(guī)模儲(chǔ)能中替代鋰離子電池。電極材料是電池的關(guān)鍵部分,因此開(kāi)發(fā)出循環(huán)性能優(yōu)異、比容量高的正負(fù)極材料是鈉離子電池研究的核心。在眾多的電極材料中,鈦基材料因價(jià)格低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)引起了較大的關(guān)注。盡管鈦基材料作為鋰離子電池負(fù)極材料已被廣泛研究,但是其作為鈉離子電池負(fù)極材料的報(bào)道較少,因此具有較大研發(fā)空間。2011年,Na2Ti3O7材料被Premkumar課題組首先報(bào)道,由于該材料具有較低(ca.0.3V vs.Na/Na+)的儲(chǔ)鈉電位而備受研究者關(guān)注。本文借鑒共沉淀法合成三元和富鋰材料的思路,以微球TiO2為鈦源,高溫固相法制備了片狀形貌的Na2Ti3O7材料,并探索對(duì)其合成工藝和電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:900℃焙燒20h,可獲得純相Na2Ti3O7材料,用1mol/L NaClO4電解液(EC/DMC為溶劑),0.1C倍率,首周放電/充電容量424/191mAh g-1,庫(kù)倫效率45%,循環(huán)50周后,可逆容量101mAh g-1。CV測(cè)試表明,由于首周放電過(guò)程中SEI膜的生成導(dǎo)致首周庫(kù)倫效率較低,且生成的SEI膜在后續(xù)的循環(huán)中會(huì)發(fā)生部分降解。倍率測(cè)試表明,1C,5C可逆容量分別為81mAh g-1和46mAh g-1。使用1mol/L NaPF6電解液(EC/DEC為溶劑),首周放電/充電容量288/160.1mAh g-1,首周庫(kù)倫效率提升至56%,但是該電解液對(duì)材料的循環(huán)性能并無(wú)明顯改善。銳鈦礦TiO2廉價(jià)、環(huán)保,作為鈉離子電池負(fù)極材料的研究正在逐步展開(kāi)。本文使用緩慢水解-焙燒法制備了多孔納米晶銳鈦礦TiO2,并使用XRD,SEM,TEM,氮?dú)馕?脫附研究了其微觀結(jié)構(gòu)和多孔性。作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí),0.1C電流密度,首周放電、充電容量分別為512mAh g-1和195mAh g-1,循環(huán)50周后可逆容量131.8mAh g-1。倍率測(cè)試表明,電流密度2C時(shí),可逆容量63.3mAh g-1。交流阻抗測(cè)試表明該材料的界面電荷轉(zhuǎn)移電阻409.4?。由于銳鈦礦TiO2是典型的半導(dǎo)體,電子導(dǎo)電率差,本文使用碳包覆改性提高其表面電子導(dǎo)電性和顆粒間的電子接觸,并重點(diǎn)研究了碳包覆量材料電化學(xué)性能的影響。XRD測(cè)試表明碳包覆并未改變材料的晶體結(jié)構(gòu),Raman光譜證實(shí)了表面碳層的存在,TG分析表明三種樣品的碳包覆量分別為7.2wt.%,9.9wt.%,15.8wt.%。TEM測(cè)試表明包覆前后的樣品均為多孔結(jié)構(gòu),多孔性研究表明,0wt.%(未包覆)樣品孔徑多為3.7-4.1nm,碳包覆量9.9wt.%樣品孔徑多為41.9-80.2nm。恒流充放電測(cè)試表明碳包覆對(duì)材料儲(chǔ)鈉性能改善明顯,電流密度0.1C,碳包覆量7.2wt.%,9.9wt.%,15.8wt.%樣品首周放電/充電容量501/193mAh g-1,570/230mAh g-1,598/251mAh g-1,循環(huán)50周后可逆容量159mAh g-1,191mAh g-1,205mAh g-1。但是大倍率電流條件下,增加碳包覆對(duì)材料容量提高有限,碳包覆量分別為7.2wt.%,9.9wt.%,15.8wt.%樣品2C電流密度可逆容量分別為80mAh g-1,103mAh g-1和113mAh g-1。交流阻抗測(cè)試表明,三種碳包覆樣品的表面電子轉(zhuǎn)移阻抗隨含碳量增加而減少,分別為310.6?,300?,174.8?。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM912

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1349941