生物質(zhì)衍生硬碳材料具有原料資源豐富、成本低廉、可逆容量較高以及倍率性能良好等優(yōu)點,是有希望實現(xiàn)鈉離子電池商業(yè)化負(fù)極材料的候選者。然而,生物質(zhì)衍生硬碳材料存在碳產(chǎn)率過低、較大比表面積會導(dǎo)致初始庫倫效率較低、石墨微晶片層間距影響著鈉離子的長周期可逆嵌/脫等問題,且材料的電化學(xué)儲鈉機(jī)制尚存爭議,有待進(jìn)一步深入研究。為了開發(fā)高性能鈉離子電池生物質(zhì)衍生硬碳材料,本論文選取櫻花瓣和燕麥片作為前驅(qū)體材料,采用簡單的加工工藝,制備了生物質(zhì)衍生硬碳材料,并對其性能和儲鈉機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。櫻花瓣衍生硬碳材料（Cherry petals,CP）是一種由無序石墨微晶和少量堆疊石墨微晶片所構(gòu)成的典型硬碳材料。進(jìn)行電化學(xué)性能測試時,在20 m A/g電流密度下,CP電極可以提供310.2 m Ah/g的高初始可逆容量,首次庫侖效率達(dá)到67.3%,100次循環(huán)后的容量保持率高達(dá)99.3%。即使是在500 mA/g大電流密度下,CP電極的可逆容量也達(dá)到146.5 mAh/g,展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。理化性質(zhì)測試顯示,CP電極的電化學(xué)性能優(yōu)異可能源于其具有較小的比表面積、納米尺度的介孔、表面存在的氧/氮氧官能團(tuán)以及較... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈉離子電池工作原理

一類非常有前景的鈉離子電池正極材料x2的結(jié)構(gòu)影響很大，一般可分為層狀氧化物和隧道型氧化物。層狀氧化物NaxMeO2（Me = Co、Ni、Fe、Mn和V 等）是由共邊的MeO6八面體形成的過渡金屬層狀結(jié)構(gòu)和位于過渡金屬層間的堿金屬離子組成的[9]，其理論容量達(dá)到 240 mAh/g，是目前研究較多的鈉離子電池正極材料之一。但是，單金屬NaxMeO2在深度充電狀態(tài)下容易發(fā)生不可逆地結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致庫侖效率下降，不可逆容量提高[12,13]。雖然通過限制充電截止電位，可以防止電池深度充電狀態(tài)的發(fā)生，提高NaxMeO2正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，但卻會導(dǎo)致其可逆容量降低至 100 ~ 120 mAh/g[13,14]。最近，利用金屬與金屬之間的協(xié)同作用，研發(fā)多元金屬NaxMeO2正極材料，有望改善材料的電化學(xué)性能[15]。常見的隧道型氧化物如 Na0.44MnO2、Na0.31MnO1.9和Na0.44TixMn1-xO2等具有成本低廉、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好、工作電位較低（2.6 ~ 3.0 V）以及循環(huán)性能較好的特點，但較低的容量是阻礙其發(fā)展的一個重要因素，需要進(jìn)一步對組成和結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化，以提升其儲鈉性能[16-18]。

理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文性能[35]。但有文獻(xiàn)報道，Li[Li1/3Ti5/3]O4的還原產(chǎn)物為Li2[Li1/3Ti5/3]O2[Li1/3Ti5/3]O4的混合物，鈉離子在尖晶石骨架結(jié)構(gòu)的狹窄隧道中擴(kuò)散的阻，表現(xiàn)為倍率性能不佳[36,37]。Na2Ti3O7是一種層狀結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定的負(fù)極材有超低的電壓平臺、較為優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能等特點[9,38]。同時，們發(fā)現(xiàn)，納米級Na2Ti3O7的放電比容量比微米級Na2Ti3O7的更高，但循環(huán)相對較差。Li/Na混合鈦酸鹽Na0.66[Li0.22Ti0.78]O2屬于P2 型分層結(jié)構(gòu)，理論為 104 mAh/g，平均工作電位為 0.75 V，且在充/放電過程中的體積變化小%，具有良好的循環(huán)性能和倍率性能[39]。對于NASICON型NaTi2(PO4)3用子電池負(fù)極材料，基于Ti3+/Ti4+氧化還原電對，可以允許 2 mol鈉離子的可，形成Na3Ti2(PO4)3，理論容量值為 133 mAh/g，但存在工作電位較高的41]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈉離子電池碳基負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 張英杰,朱子翼,董鵬,趙少博,章艷佳,楊成云,楊城灃,韋克毅,李雪.  化工進(jìn)展. 2017(11)
[2]鈉離子電池先進(jìn)功能材料的研究進(jìn)展[J]. 向興德,盧艷瑩,陳軍.  化學(xué)學(xué)報. 2017(02)
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[4]生物質(zhì)半焦FTIR分析及孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究[J]. 車德勇,蔣文強(qiáng),李少華,李洪,林建清.  中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報. 2016(07)
[5]鈉離子電池錫基負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 周訓(xùn)富,趙付雙.  電池. 2016(03)
[6]碳基負(fù)極材料儲鈉反應(yīng)的研究進(jìn)展[J]. 邱珅,吳先勇,盧海燕,艾新平,楊漢西,曹余良.  儲能科學(xué)與技術(shù). 2016(03)
[7]四種生物質(zhì)熱解半焦的FTIR紅外分析[J]. 王靖,張安東,易維明,付鵬.  山東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(01)
[8]鈉離子儲能電池關(guān)鍵材料[J]. 金翼,孫信,余彥,丁楚雄,陳春華,官亦標(biāo).  化學(xué)進(jìn)展. 2014(04)
[9]鈉離子電池負(fù)極材料[J]. 何菡娜,王海燕,唐有根,劉又年.  化學(xué)進(jìn)展. 2014(04)
[10]鍺系相變材料的晶體結(jié)構(gòu)[J]. 李明,宓一鳴,言智,季鑫.  熱處理. 2012(06)

博士論文
[1]鋰離子電池電極界面特性研究[D]. 莊全超.廈門大學(xué) 2007

碩士論文
[1]銅硫化合物作為鋰電池正極材料的性能及機(jī)理研究[D]. 王緒向.廈門大學(xué) 2014
[2]鋰離子電池多孔硅基材料的制備及改性研究[D]. 王攀攀.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[3]鋰離子電池二氧化鈦負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性質(zhì)的研究[D]. 陳琳.新疆大學(xué) 2012
[4]鋰離子電池正極用鋰鎳鈷錳系材料研究[D]. 熊俊威.中國海洋大學(xué) 2006



本文編號：3146434