聚丙烯腈（PAN）基硬碳作為一種有機聚合物熱解碳,制備溫度較低,擁有大的層間距和無序結構,具有殘?zhí)柯矢�、導電性好、充放電功效好、循環(huán)壽命高等優(yōu)點,成為首選的鋰/鈉離子電池的負極材料。本文制備了不同形貌及微觀結構的PAN硬碳材料與PAN/木質素復合硬碳材料,詳細研究了形貌及微觀結構與儲鋰/鈉電性能的關系,探索了硬碳材料在鋰/鈉離子電池中的儲能機理。本文以PAN為原料,通過工藝簡單的穩(wěn)定化和炭化過程制備出核桃仁狀的新型硬碳微球,將其作為鋰/鈉離子電池負極材料。隨著炭化溫度升高,其儲鋰可逆容量逐漸下降,儲鈉可逆容量先上升后下降,首次庫倫效率和倍率循環(huán)性能均有所提高。其中,1250℃炭化樣品的綜合性能最佳:在0.02 A/g下,首次儲鋰可逆容量是348 mAh/g,首次庫倫效率為85%;首次儲鈉可逆容量是182 mAh/g,首次效率為74%。在0.8 A/g下,儲鋰可逆容量為89 mAh/g,但儲鈉可逆容量在0.2 A/g時就降為20 m Ah/g。本研究中還采用靜電紡絲法結合熱處理工藝制備出了PAN碳納米纖維。PAN碳納米纖維獨特的納米纖維形貌和三維導電網絡結構使之與PAN硬碳微球相比,儲鋰... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池工作原理示意圖

第一章 文獻綜述O2擁有多種晶體結構，共邊排列的 MO6組成過渡金屬氧八面體中間時為 On結構，Na 占據 MO6層間的三角過渡金屬重復堆積的周期[54-55]。圖 1-2 展示了 O3 和 P同晶體結構的材料具有不同的電化學性能。如 P2-NaxC P3-NaxCoO2，且與其他結構的 NaxCoO2相比，P2-Na0 60 Wh/kg）是最高的[56-57]。單斜結構的 NaMnO2首次的 Na0.6MnO2的首次容量則為 140 mAh/g，但兩者的循兩種及以上金屬離子的多元復合金屬氧化物近年來也合物 NaNi0.5Mn0.5O2的可逆儲鈉容量是 125 mAh/g，循物[60]；P2-Na2/3Co2/3Mn1/3O2采用部分 Mn 取代了 P2-N決了后者出現(xiàn)多個充放電電位平臺的問題[61]。

電化學不可逆，只能得到組成為 NaC64的高階嵌入化合物，可逆容量低（圖1-3b）[67]，也就是說石墨材料不適合做鈉離子電池負極材料[67-68]。因此必須尋找能夠提供有效儲鈉空間的負極材料。目前研究較多的儲鈉負極材料主要有: 硬碳材料與石墨烯等新型碳材料、合金和氧化物等。圖 1-3 （a）石墨的嵌鈉結構模型[46]，（b）石墨在鈉離子電池中的充放電曲線[67]Fig.1-3 (a) The structure model of sodium insertion into graphite[46], (b) Charge-dischargecurves of graphite in sodium-ion battery[67]硬碳的層間距比石墨要大，且擁有微孔結構，可以提供更多的儲鈉活性位點，可逆嵌鈉容量在 100~300 mAh/g，是目前研究者關注較多的一類儲鈉碳負極材料[69-71]。Komaba 等構建的以硬碳作負極，NaNi0.5Mn0.5O2作正極的全電池表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能，首次可逆比容量是 250 mAh/g（以硬碳活性物質的質量為準計算），經過 50 次充放電后仍有 150 mAh/g 的容量[60]。此外

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高振實密度富鋰正極材料Li[Li0.133Ni0.300Mn0.567]O2的制備和表征[J]. 姜濤,陳慧明,張克金,王丹,米新艷.  電源技術. 2014(03)
[2]國外鈉離子電池研究進展[J]. 劉春娜.  電源技術. 2014(01)
[3]鈉離子電池研究進展[J]. 葉飛鵬,王莉,連芳,何向明,田光宇,歐陽明高.  化工進展. 2013(08)
[4]鈉硫電池及其應用[J]. 李建國,焦斌,陳國初.  上海電機學院學報. 2011(03)
[5]鋰離子電池概述及負極材料研究進展[J]. 趙靈智.  廣東化工. 2009(05)
[6]Progress in electrical energy storage system:A critical review[J]. Thang Ngoc Cong.  Progress in Natural Science. 2009(03)
[7]聚丙烯腈的熱解特性及在鋰離子電池中的應用[J]. 趙海鵬,何向明,姜長印,萬春榮,李江偉.  高分子材料科學與工程. 2007(06)
[8]電紡PAN納米纖維的碳化工藝研究[J]. 于記良,Javed Rafique,于杰.  廣州化工. 2007(03)
[9]聚丙烯腈纖維的非紡織用途[J]. 朱譜新,姚永毅.  四川紡織科技. 2003(03)
[10]鈉離子電池研究進展[J]. 吳振軍,陳宗璋,湯宏偉,李素芳.  電池. 2002(01)

博士論文
[1]先進儲鈉電極材料及其電化學儲能應用[D]. 錢江鋒.武漢大學 2012



本文編號：3257222