本文關(guān)鍵詞：一維納米硬碳材料的制備與儲鈉性能研究

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【摘要】：鈉離子電池由于鈉豐富的儲量、較高的安全性能而在大規(guī)模儲能領(lǐng)域受到了廣泛地關(guān)注。然而,在鋰離子電池領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的商業(yè)化石墨負極材料儲鈉容量很低,不適合作為鈉離子電池負極材料。目前鈉離子電池碳基負極材料的研究重點主要集中在有較大片層間距和無序結(jié)構(gòu)的硬碳材料上,通過增加碳材料的石墨層間距或者制備納米結(jié)構(gòu)等方法能夠有效地提高碳材料的儲鈉性能。本論文設(shè)計了氮摻雜空心碳納米管和碳納米纖維等一維納米硬碳材料,并研究其電化學性能。首先,通過對聚吡咯(PPy)高溫熱解的方法得到了氮摻雜空心碳納米管,并用作鈉離子電池負極材料。制得的氮摻雜空心碳納米管為無序結(jié)構(gòu),N含量較高,表面含有N、O官能團。同時,我們還比較了聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯酸鈉(PAA-Na)兩種粘結(jié)劑對其電化學性能的影響。結(jié)果表明,氮摻雜空心碳納米管的電化學性能跟粘結(jié)劑有很大的關(guān)系。當以PAA-Na為粘結(jié)劑時,氮摻雜空心碳納米管展現(xiàn)出更高的首次庫倫效率、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。其首次庫倫效率為61.2%,以200 mA/g的電流循環(huán)300圈之后,其可逆容量為175.5 mAh/g,而當電流密度增加到5A/g時,其可逆容量仍然能保持在127.7 mAh/g。與傳統(tǒng)粘結(jié)劑PVDF相比,水系粘結(jié)劑PAA-Na具有更高的電化學活性,更好的粘結(jié)性及涂覆性,能夠更加均勻地覆蓋在顆粒的表面,從而在活性物質(zhì)的表面形成一層更好的離子導(dǎo)電膜,有助于形成更穩(wěn)固更均勻的SEI膜。進一步的研究證明,PAA-Na的粘結(jié)性能與其分子量是緊密相關(guān)的。只有分子量適中的PAA-Na才更適合作為鈉離子電池粘結(jié)劑。其次,通過簡單的靜電紡絲的方法以及后續(xù)熱處理,制備出具有一維納米結(jié)構(gòu)的碳納米纖維。得到的碳納米纖維具有無序的結(jié)構(gòu)以及較大的層片間距,相互交織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這非常有利于鈉離子的存儲和傳導(dǎo),作為鈉離子電池負極材料,一維碳納米纖維的循環(huán)以及倍率性能都表現(xiàn)較好。在200 mA/g的電流密度下循環(huán)100圈之后,其可逆容量仍有152.1 mAh/g,而在較高的2 A/g的電流密度下仍能保持61.1mAh/g的比容量,這主要得益于其獨特的一維納米纖維結(jié)構(gòu)。一維納米硬碳材料不僅具有無序結(jié)構(gòu)和較大的層片間距,同時能夠有效地縮短鈉離子的傳輸路徑、增大活性物質(zhì)與電解液的接觸面積,是一種發(fā)展前景良好的鈉離子電池負極材料。
【關(guān)鍵詞】：鈉離子電池 氮摻雜空心碳納米管 粘結(jié)劑 靜電紡絲 碳納米纖維
【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】：TQ127.11;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 鈉離子電池簡介10-13
• 1.3 鈉離子電池負極材料13-18
• 1.4 研究內(nèi)容及意義18-20
• 第二章 實驗方法20-23
• 2.1 實驗試劑及實驗設(shè)備20-21
• 2.2 材料分析與表征21-23
• 第三章 氮摻雜空心碳納米管的制備和儲鈉性能研究23-39
• 3.1 引言23-24
• 3.2 材料的合成及電化學測試方法24-26
• 3.3 氮摻雜空心碳納米管的表征26-31
• 3.4 氮摻雜空心碳納米管的電化學性能31-37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第四章 靜電紡絲制備碳納米纖維及其儲鈉性能研究39-47
• 4.1 引言39-40
• 4.2 材料的合成及電化學測試方法40-41
• 4.3 材料的表征41-43
• 4.4 材料的電化學性能43-45
• 4.5 本章小結(jié)45-47
• 第五章 總結(jié)與展望47-49
• 5.1 總結(jié)47-48
• 5.2 展望48-49
• 致謝49-50
• 參考文獻50-55
• 附錄 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文55

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1 白春禮;;納米科技及其發(fā)展前景[J];群言;2001年04期

2 白春禮;納米科技及其發(fā)展前景[J];安徽科技;2002年03期

3 白春禮;納米科技及其發(fā)展前景[J];微納電子技術(shù);2002年01期

4 黃彪;納米科技前景燦爛,應(yīng)用開發(fā)任重道遠[J];中國粉體技術(shù);2002年01期

5 一東;;納米產(chǎn)業(yè)化成了企業(yè)泥潭[J];新經(jīng)濟導(dǎo)刊;2003年Z2期

6 宋允萍;納米科技[J];中學文科;2001年01期

7 李斌,沈路濤;納米科技[J];焊接學報;2000年04期

8 齊東月;納米 又一場新技術(shù)革命來臨了[J];民族團結(jié);2000年10期

9 徐濱士,歐忠文,馬世寧;納米表面工程基本問題及其進展[J];中國表面工程;2001年03期

10 白春禮;納米科技及其發(fā)展前景[J];計算機自動測量與控制;2001年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳天虎;謝巧勤;;納米礦物學[A];中國礦物巖石地球化學學會第13屆學術(shù)年會論文集[C];2011年

2 馬燕合;李克健;吳述堯;;加快建設(shè)我國納米科技創(chuàng)新體系[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進展——全國第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（上卷）[C];2001年

3 李正孝;煍巖;;漫娗納米技圫和納米材料的a捎煤蛌|展[A];第二屆功能性紡織品及納米技術(shù)應(yīng)用研討會論文集[C];2002年

4 伊陽;陶鑫;;納米CaCO_3在塑料改性中的應(yīng)用研究[A];PPTS2005塑料加工技術(shù)高峰論壇論文集[C];2005年

5 洪廣言;;稀土產(chǎn)業(yè)與納米科技[A];第九屆中國稀土企業(yè)家聯(lián)誼會會議論文集[C];2002年

6 惠飛;王棟民;;納米水泥混凝土的研究進展[A];2008年中國水泥技術(shù)年會暨第十屆全國水泥技術(shù)交流大會論文集[C];2008年

7 秦伯雄;陳峰;馬卓然;;高壓流體納米磨及其應(yīng)用[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進展——全國第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（上卷）[C];2003年

8 王樹林;李生娟;童正明;李來強;;振動納米學進展[A];第七屆全國顆粒制備與處理學術(shù)暨應(yīng)用研討會論文集[C];2004年

9 洪廣言;賈積曉;于德才;孫鎖良;李天民;王振華;;納米級氧化鐿的制備與表征[A];中國稀土學會第四屆學術(shù)年會論文集[C];2000年

10 洪茂椿;;納米催化在化石資源高效轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用研究[A];中國化學會2008年中西部地區(qū)無機化學、化工學術(shù)交流會會議論文集[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張立德（中國科學院固體物理研究所）;納米專家話納米[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2002年

2 本報記者 趙曉展;納米科技，產(chǎn)業(yè)化序幕剛剛拉開[N];工人日報;2002年

3 宗合 曉麗;納米科技成果產(chǎn)業(yè)化將帶來巨大經(jīng)濟效益[N];消費日報;2004年

4 朱文龍;產(chǎn)學研聯(lián)手助推納米產(chǎn)業(yè)[N];文匯報;2006年

5 ;神奇的納米科技[N];中國有色金屬報;2006年

6 本報記者 李贄;納米還沒走出實驗室[N];大眾科技報;2001年

7 馮 薇;納米護膚品沒那么神[N];大眾科技報;2005年

8 本報記者 彤云;打造納米產(chǎn)業(yè)鏈條[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2001年

9 張芳;納米護膚品其實沒那么神[N];科技日報;2005年

10 趙展慧 張之豪;納米世界有多神奇？[N];人民日報;2013年

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1 樊莉鑫;納米電極體系界面結(jié)構(gòu)及過程的理論與數(shù)值模擬研究[D];武漢大學;2014年

2 馮曉勇;高速重擊條件下高錳鋼表面納米晶的制備及組織性能研究[D];燕山大學;2015年

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4 王東新;納米鉆石靶向載藥體系的制備及其與細胞相互作用的研究[D];山西大學;2014年

5 張俊麗;低維磁性納米結(jié)構(gòu)的可控合成、微觀表征及應(yīng)用研究[D];蘭州大學;2015年

6 于佳鑫;兩種新型光學材料在顯微生物成像與光譜檢測中的應(yīng)用探索[D];浙江大學;2015年

7 李志明;塊體納米晶鈦的制備及組織演變與力學行為[D];上海交通大學;2014年

8 楊樹瑚;缺陷對幾種過渡族金屬氧化物磁性的影響[D];南京大學;2012年

9 劉春靜;鋰離子電池錫基納米負極材料制備及儲鋰性能[D];大連理工大學;2015年

10 謝偉麗;SiC納米線三維結(jié)構(gòu)的制備與生物相容性[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

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1 林詮彬;中藥納米化對中醫(yī)藥的影響[D];廣州中醫(yī)藥大學;2010年

2 毛彩霞;納米二氧化錳的安全性評價[D];華中師范大學;2008年

3 鄧世琪;PbTi0_3及LiTi0_2納米結(jié)構(gòu)的水熱合成及其光致發(fā)光和光催化性能研究[D];浙江大學;2015年

4 葛巖;YAG：Ce~(3+)納米晶的制備及其發(fā)光性能的研究[D];上海師范大學;2015年

5 潘偉源;水熱法合成的過渡金屬化合物摻雜對Li-Mg-B-H儲氫體系的改性研究[D];浙江大學;2015年

6 豆貝貝;納米水泥熟料礦物的合成與性能研究[D];河北聯(lián)合大學;2014年

7 郭步超;高氮奧氏體不銹鋼機械納米化表面層及其熱穩(wěn)定性研究[D];長春工業(yè)大學;2015年

8 王艷艷;納米化/滲氮/滲硫?qū)优c潤滑油添加劑的摩擦化學效應(yīng)研究[D];中國地質(zhì)大學(北京);2015年

9 周文敏;Cr_2WO_6、Ag_2CrO_4微/納米晶的制備及性能研究[D];陜西科技大學;2015年

10 龔成章;納米鋁結(jié)構(gòu)性質(zhì)及Al/RNO_2界面作用的理論研究[D];南京理工大學;2015年

，

本文編號：898069