本文選題：鈉離子電池　切入點：負極　出處：《華中科技大學》2015年碩士論文

【摘要】：隨著全球人口增長,社會整體生活水平的提高,移動互聯(lián)時代的到來,我們能源消耗量不斷增加,對于二次電池的需求量也越來越大。Tesla純電動汽車的推出引爆了電動汽車產(chǎn)業(yè),電動汽車產(chǎn)業(yè)成了各大廠商競相馳騁的一片綠地。同時,越來越惡劣的環(huán)境也催促我們盡快調(diào)整我們的能源結(jié)構(gòu)。因其高電壓、高能量密度以及好的循環(huán)穩(wěn)定性等特點,鋰離子電池被視為是電動汽車的動力電源。然而,鋰資源在地殼中的豐度很低,這成為鋰離子電池應用的一個瓶頸。鈉資源豐富,而且鈉的化學性質(zhì)和鋰相似。鈉離子電池的研究獲得廣泛關(guān)注,開發(fā)性能優(yōu)異的鈉離子電池正負極材料極為關(guān)鍵。本論文旨在探索和研究性能優(yōu)異的儲鈉負極材料。銻(Sb)被認為是極有潛力的鈉離子負極材料,其理論比容量較高(660m Ah g-1)。然而,銻在脫嵌鈉過程中有較大的體積效應,完全嵌鈉后體積是沒有嵌鈉時的390%。在反復脫嵌鈉過程中,Sb顆粒會逐漸粉化,儲鈉容量逐漸損失。通過將銻顆粒納米化及對其進行碳包覆可有效克服這一缺點。本論文采用水溶性的高分子——殼聚糖——作為碳源,簡便地合成了碳包覆的納米銻復合材料。得益于高分子鏈段上較多的有機基團(-OH、-C=O、-N-H等),殼聚糖有極強的吸附重金屬離子的能力,在合成過程中能吸附在形成的銻氧化物顆粒表面,控制顆粒大小,從而為得到碳包覆的納米銻復合材料創(chuàng)造了良好的條件。合成得到的碳包覆納米銻(Sb/C)材料表現(xiàn)出較高的容量,極好的循環(huán)性能和倍率性能。在500mA g-1的電流下充放電,可逆比容量為402m Ah g-1;在相同電流充放電下,100圈循環(huán)后容量保持率為94%。即使在32A g-1的大電流充放電下,其可逆容量還有138m Ah g-1,表明其極好的倍率性能。有研究發(fā)現(xiàn)雖然紅磷有極高的儲鈉容量,但是紅磷的電導率極低且體積效應巨大,因此難以直接將其用作鈉離子電池負極。然而磷在底殼中的儲量豐富,且過渡金屬磷化物物質(zhì)豐富,如果能找到合適的磷化物作為鈉離子電池負極而不是直接使用磷,一種低成本的鈉離子電池負極有可能被應用。通過文獻調(diào)研以及實驗探究,本論文成功合成碳包覆的納米二磷化銅材料,并首次將其作為鈉離子電池負極材料。合成的碳包覆納米二磷化銅(CuP2/C)材料擁有極好的儲鈉性能。在150mA g-1電流充放電循環(huán)下,10圈循環(huán)后,可逆儲鈉容量穩(wěn)定在600.2mAh g-1,是一種極有潛力的低成本鈉離子電池負極。
[Abstract]:With the growth of the global population, the improvement of the overall living standards of the society, the arrival of the era of mobile interconnection, our energy consumption is increasing, and the demand for secondary batteries is also increasing. Tesla's introduction of pure electric vehicles has detonated the electric vehicle industry. The electric vehicle industry has become a piece of green space for all the major manufacturers. At the same time, the increasingly bad environment is also urging us to adjust our energy structure as soon as possible, because of its high voltage, high energy density and good cycle stability. Lithium-ion batteries are regarded as power sources for electric vehicles. However, the low abundance of lithium in the earth's crust has become a bottleneck in the use of lithium-ion batteries. And the chemical properties of sodium are similar to those of lithium. It is very important to develop cathode material of sodium ion battery with excellent performance. This paper aims to explore and study sodium negative electrode material with excellent performance. Antimony (SB) is considered to be a potential sodium ion anode material with a high theoretical specific capacity of 660mAh g ~ (-1). Antimony has a larger volume effect in the process of sodium removal, and the volume after complete sodium embedding is 390% when sodium is not embedded. In the process of repeated desorption, the SB particles will gradually become powdered. The capacity of sodium storage is gradually losing. This shortcoming can be effectively overcome by nanocrystalline and carbon coating of antimony particles. In this paper, a water-soluble polymer, chitosan, is used as a carbon source. Carbon coated antimony nanocomposites were synthesized easily. Due to the large number of organic groups in the polymer chain, such as the organic groups such as -OH- Con-N-H and so on, chitosan has a strong ability to adsorb heavy metal ions and can be adsorbed on the surface of the formed antimony oxide particles during the synthesis process. Controlling the particle size creates good conditions for the preparation of carbon coated antimony nanocomposites. The synthesized carbon coated antimony nanocrystalline SB / C composites exhibit high capacity. Excellent cycle performance and rate performance. The reversible specific capacity is 402m Ah g-1 at the current of 500mA g-1, and the capacity retention is 94 after 100 cycles at the same current charge and discharge. Even at the high current of 32A g -1, the capacity retention is 94%. Its reversible capacity is 138mAh g-1, which indicates its excellent rate performance. Although red phosphorus has extremely high sodium storage capacity, the conductivity of red phosphorus is extremely low and the volume effect is huge. It is therefore difficult to use it directly as a negative electrode for sodium ion batteries. However, phosphorus is abundant in the bottom shell and transition metal phosphates are abundant. If suitable phosphates can be found as negative electrodes for sodium ion batteries rather than for direct use of phosphorus, A low cost negative electrode for sodium ion battery is likely to be used. Through literature research and experimental investigation, the carbon coated nano-copper diphosphate material has been successfully synthesized in this paper. It was used as anode material for sodium ion batteries for the first time. The synthesized carbon coated nanophosphate Cu _ 2P _ 2 / C _ 2 / C material has excellent sodium storage performance. After 10 cycles of 150mA g ~ (-1) current charge / discharge cycle, The reversible sodium storage capacity is stable at 600.2mAh g-1, which is a potential negative electrode for low cost sodium ion batteries.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912

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本文編號：1665830