本文關(guān)鍵詞： 能源存儲(chǔ) 鈉離子電池 正極材料 電化學(xué)性能　出處：《華中科技大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，二次電池在能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化方面具有重要意義。鋰離子電池目前占據(jù)了便攜式移動(dòng)電子設(shè)備的主要市場(chǎng)，而且正在向混合電動(dòng)汽車市場(chǎng)方向飛速發(fā)展，這將導(dǎo)致鋰的需求量將大大增加，然而地球上鋰的資源非常有限，基于這種現(xiàn)狀和需求，儲(chǔ)量豐富的鈉進(jìn)入了人們的視野，鈉與鋰位于同一主族，具有相似的化學(xué)性質(zhì)，Na+/Na電對(duì)具有-2.71V的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，其理論比容量為1166mAh/g。鈉元素在地殼中的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰，，而且海洋中含有大量的鈉，鈉的提煉比較簡(jiǎn)單。所以，鈉離子電池是一種非常有前景的新型儲(chǔ)能技術(shù)。 本文主要以Na4Co3(PO4)2P2O7和Na3V2(PO4)3兩種鈉離子電池正極材料為研究對(duì)象，用溶膠凝膠法制備了Na4Co3(PO4)2P2O7/CNTs，并對(duì)其作為鈉離子電池正極材料時(shí)的電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明碳納米管能夠在活性材料中能夠形成一種連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)大大增加了Na4Co3(PO4)2P2O7的導(dǎo)電性，其可逆容量分別為1C時(shí),80mAh/g；5C，60mAh/g；10C，40mAh/g；20C，30mAh/g，且有較好的循環(huán)性能。 分別用固相法和模板法合成了Na3V2(PO4)3/C復(fù)合材料，并研究了合成條件對(duì)材料結(jié)構(gòu)和形貌的影響。通過X-射線衍射(XRD)和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)對(duì)結(jié)構(gòu)和形貌表征，結(jié)果表明在固相法合成中，800oC保溫10h可以得到結(jié)晶性好的Na3V2(PO4)3/C復(fù)合材料，而降低合成溫度，或縮短保溫時(shí)間，得到的材料不純或結(jié)晶度較差；在模板法合成中，650oC保溫12h可以得到具有多孔的三維碳骨架結(jié)構(gòu)的Na3V2(PO4)3/C復(fù)合材料，而延長(zhǎng)保溫時(shí)間到14h或提高處理溫度到800oC得到的材料三維骨架結(jié)構(gòu)坍塌。 模板法合成了Na3V2(PO4)3/C復(fù)合材料，并通過熱失重分析(TG)，拉曼光譜，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)，X射線衍射(XRD)，循環(huán)伏安測(cè)試，恒流充放電等測(cè)試手段對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：Na3V2(PO4)3/C復(fù)合材料在1C,2C,5C,10C,20C和50C不同放電倍率下進(jìn)行恒流充放電測(cè)試,放電容量分別達(dá)到113mAh/g,100mAh/g,77mAh/g,70mAh/g，62mAh/g和58mAh/g，同時(shí)庫倫效率接近100%，而且以1C和2C放電倍率循環(huán)100圈，容量基本沒有衰減，表現(xiàn)出了極佳的循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:Among many energy storage technologies, secondary batteries play an important role in energy storage and conversion. Lithium ion batteries occupy the main market of portable mobile electronic devices, and are developing rapidly towards hybrid electric vehicle market. This will lead to a huge increase in the demand for lithium, but the resources of lithium on Earth are very limited, and because of this status quo and demand, the abundant sodium has come into view, and sodium and lithium are in the same dominant group. The Na / Na pair has a standard electrode potential of -2.71V with a theoretical specific capacity of 1166mAh / g. The content of sodium in the earth's crust is much higher than that of lithium, and the ocean contains a lot of sodium, so the extraction of sodium is relatively simple. Sodium ion battery is a promising new energy storage technology. In this paper, two kinds of cathode materials of sodium ion battery, Na4Co3(PO4)2P2O7 and Na3V2(PO4)3, are studied. Na4Co3P2O2P2O7 / CNTswere prepared by sol-gel method, and their electrochemical properties were characterized when they were used as cathode materials for sodium ion batteries. The results show that carbon nanotubes can form a continuous conductive network in the active materials, which greatly increases the conductivity of Na4Co3(PO4)2P2O7. Its reversible capacity is 80mAh/ g ~ (5) C ~ (60) mg / g ~ (10) C ~ (10) C ~ (10) C ~ (10) C ~ (20) C ~ (20) C ~ (20) C ~ (20) C ~ (-) ~ (30) mg / g ~ (-1), and it has good cycling performance. Na3V2(PO4)3/C composites were synthesized by solid phase method and template method, respectively. The effects of synthesis conditions on the structure and morphology of the composites were studied. The structure and morphology of the composites were characterized by X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The results show that Na3V2(PO4)3/C composites with good crystallinity can be obtained by holding for 10 h in the solid phase synthesis process. However, when the synthesis temperature is reduced or the holding time is shortened, the obtained materials are impure or poor in crystallinity. The Na3V2(PO4)3/C composites with porous three-dimensional carbon skeleton structure can be obtained by template method, and the three-dimensional skeleton structure of the composites with porous three-dimensional carbon skeleton structure collapses by prolonging the holding time to 14 h or increasing the treatment temperature to 800oC. The Na3V2(PO4)3/C composites were synthesized by template method and were characterized by thermogravimetric analysis, Raman spectroscopy, field emission scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), cyclic voltammetry (CV). The structure and properties of the composite were characterized by constant current charge-discharge method. The results showed that the constant current charge-discharge tests were carried out at different discharge rates of 1Cn2C5C5C10Cn20C and 50C at different discharge rates, the results showed that: Na3V2PO4PO4 / C composite material was tested by constant current charge and discharge at different discharge rates. The discharge capacity is 113mAh/ g, 100mAh/ g, 77mAh/ g, 70mAh/ g, 62mAh/ g and 58mAh/ g, respectively. At the same time, the Coulomb efficiency is close to 100, and the discharge rate is 100 cycles at 1C and 2C discharge rate, the capacity is basically unattenuated, showing excellent cyclic stability.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM912

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本文編號(hào)：1496574