鋰離子電池由于具有高的電壓和能量密度以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性,已被商業(yè)用于便攜式電子設(shè)備、大尺寸供電系統(tǒng)、新能源汽車以及儲能等領(lǐng)域。然而,由于鋰資源的持續(xù)消耗和鋰離子電池越來越高的價格,其在規(guī)模儲能領(lǐng)域的應(yīng)用受到了極大的限制。鈉離子電池是鋰離子電池理想的替代品,因為鈉與鋰之間化學(xué)和電化學(xué)性能存在很多的相似性,且鈉資源豐富、價格低廉。然而,鈉離子的半徑比鋰離子大70%,當(dāng)鈉離子嵌入時,材料會產(chǎn)生更大的體積變化。因此,開發(fā)新型具有高的比容量和良好循環(huán)性能的電極材料是鈉離子電池研究的重點�；诖�,在本論文中,我們選擇三維石墨烯以及其與磷化鐵的復(fù)合材料作為研究對象,致力于開發(fā)高性能的鈉離子電池負(fù)極材料。論文的主要內(nèi)容如下:（1）使用三聚氰胺作為氮源、次亞磷酸鈉作為磷源,構(gòu)建了N、P共摻雜的三維石墨烯氣凝膠。首先研究了三聚氰胺與石墨烯質(zhì)量比對材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。其中,質(zhì)量比為1:2的N、P共摻雜的三維石墨烯氣凝膠呈現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能。其在50 mA g^-1電流密度下的可逆放電容量高達352.5 mA h g^-1。同時,倍率性能出色,在0.05、0... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）Williams公司組裝的鈉離子電池組；（b）Tiamat公司設(shè)計的18650電池Figure1.1(a)SodiumionbatterypackdesignedbyWilliams;(b)18650batterydesignedby

Tiamat1.2.2 鈉離子電池的工作原理鈉離子電池的工作原理和鋰離子電池的工作原理基本一致，如圖1.2所示，由兩個電極（陽極和陰極）之間的化學(xué)勢差在電池上產(chǎn)生電壓，鈉離子在兩個電極之間往復(fù)運動來完成整個充放電過程。正負(fù)電極體系之間加入具有良好鈉離子傳輸能力但對電子絕緣的電解液體系。當(dāng)電池進行充電時，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，鈉離子從正極中脫嵌到電解液中，電解液中的鈉離子會遷移到負(fù)極進行嵌入，同時電子從外電路流向負(fù)極；相反地，當(dāng)電池進行放電時，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去的電子通過外電路又流回正極，負(fù)極材料的鈉離子脫嵌出來向正極遷移，然后嵌入到正極材料中，形成電流通路。M.B.Amian 等人把這種鈉離子通過電解液在兩極之間來回遷移的行為稱之為"搖椅式（rocking-chair）機制"

圖 1.3 鈉離子電池負(fù)極材料的平均放電電壓和容量Figure 1.3Average discharge voltage and capacity of cathode material for sodium iobatteries1.2.4.1 合金基材料合金基材料由于其理論容量高而被證明是有希望的陰極材料，近年來成究熱點。它們可以與鈉形成合金，形成豐富的合金相，產(chǎn)生比碳基材料高得容量。2011 年，Ceder 等[13]在基于密度泛函理論（DFT）基礎(chǔ)上對鈉-硅、鈉-鈉-鉛、鈉-鍺合金化反應(yīng)歷程進行了理論模擬。研究表明，合金基的負(fù)極材可以嵌入鈉離子，鈉可以和錫、鉛、鍺和銻等金屬各自形成合金 Na15Sn4、Na15Na3Ge 和 Na3Sb，嵌鈉后理論容量分別為 845、485、660 和 1108mAhg-1。等[14]人使用 Triton X-100 作為誘導(dǎo)劑，通過簡單電沉積法制備裸 Sn 納米纖作為鈉離子電池的電極材料，Sn 納米纖維表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，初始

【參考文獻】：
期刊論文
[1]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)進展. 2014(04)

博士論文
[1]改性石墨烯的設(shè)計制備及電化學(xué)儲能研究[D]. 李加杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]鈉離子電池中碳負(fù)極及碳材料提升負(fù)極復(fù)合物儲鈉性能的研究[D]. 呂紅艷.東北師范大學(xué) 2017

碩士論文
[1]鋰離子電池多孔硅/碳納米管復(fù)合負(fù)極材料的研究[D]. 劉洪兵.東北電力大學(xué) 2016
[2]雜原子摻雜碳材料的合成及其電化學(xué)性能研究[D]. 高偉偉.吉林大學(xué) 2015
[3]氧化石墨烯和石墨烯納米材料制備及其重金屬吸附性能研究[D]. 楊熙.華中師范大學(xué) 2012



本文編號：3250000