鋰離子電池由于高工作電壓,高容量,低自放電和長(zhǎng)循環(huán)壽命而被廣泛用于便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域。然而,由于地球上的鋰礦有限,電動(dòng)汽車和電子設(shè)備的快速發(fā)展給鋰離子電池技術(shù)帶來(lái)了巨大的壓力。近年來(lái),由于鈉和鋰在元素周期表中的位置處于同一族,且鈉離子電池的能量?jī)?chǔ)存/釋放機(jī)制類似于鋰離子電池的能量?jī)?chǔ)存/釋放機(jī)制,同時(shí)鈉資源成本相對(duì)較低且含量豐富,因此,鈉離子電池引起了研究人員的關(guān)注,成為大規(guī)模電能儲(chǔ)存領(lǐng)域中一種有發(fā)展前景的鋰離子電池的替代品。因鈉離子具有比鋰離子更大的離子半徑,因此已廣泛用作鋰離子電池的負(fù)極材料,并不適合用作鈉離子電池的負(fù)極材料。目前,研發(fā)適合鈉離子嵌入的負(fù)極材料成為關(guān)鍵。目前,科研人員研究發(fā)現(xiàn)適用于鈉離子電池的負(fù)極材料,主要包括各種碳基材料、鈉三元化合物、金屬氮化物、金屬氧化物、磷和合金。但是,在眾多負(fù)極材料中,碳基材料由于價(jià)格便宜、易得到且無(wú)毒成為最有前途的鈉離子電池負(fù)極材料。為了進(jìn)一步提高碳基材料作為鈉離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能,一般通過(guò)構(gòu)建新穎的納米結(jié)構(gòu)來(lái)增大材料的比表面積,大的比表面積可以提供更多的活性位點(diǎn)從而提高鈉的存儲(chǔ)容量。除此之外,雜原子摻雜也是常用的一種有效辦法。雜原... 

【文章來(lái)源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１鈉離子工作原理圖??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｓｏｄｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??

隨著電池不斷的充放電，其微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列變化。為了研宄結(jié)構(gòu)的變化，??ＷＡＮＧ等采用原位透射電子顯微鏡技術(shù)對(duì)充放電過(guò)程中Ｎａ＋的嵌入進(jìn)行了研宄，發(fā)現(xiàn)鈉??離子嵌入負(fù)極材料的過(guò)程分為兩個(gè)階段（見(jiàn)圖１－２），負(fù)極材料的體積明顯變大變?yōu)闆](méi)充??放電之前的４２０％［１４］。??ａｆ－Ｎａｉ？Ｓｎ４?ａｒ－Ｎａ３Ｓｎ?ｃ－Ｎａ?丨?５Ｓｎ４??…ｒＮａＳｆｌ２．?（２５２％）?＾＂（３３６％）?（４２０％）??Ｓｎ?Ｓｎ?Ｎａ，（Ｓｎ?（５６％?ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）?＾??？?—?？——??Ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｓｏｄｉａｔｉｏｎ???Ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ?ｓｏｄｉａｔｉｏｎ???圖１－２?Ｎａ＋篏入Ｓｎ過(guò)程示意圖［１４］??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｓｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｓｏｄｉａｔｉｏｎｔ１４］??Ｊ．?Ｌｉｕ等通過(guò)溶劑熱法在不含任何模板的條件下合成了多孔ＮｂＳｍ微米籠二元合金??材料，用作鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)擁有高的比容量及良好的穩(wěn)定性，在電壓為０．０１至ＩＪ??２．００Ｖ之間以１?Ｃ的電流密度充放電，循環(huán)３００次后比容量仍可保持為２００?ｍＡｈ／ｇ［１５］。??除了二元合金復(fù)合材料以外，多元合金材料作為鈉離子電池負(fù)極材料也有少量研宄。Ｓｎ－??ＳｎＳ－Ｃ多元復(fù)合物由Ｗｕ等合成，首先用球磨法使ＳｎＳ包覆Ｓｎ上，再將所得材料和碳??材料復(fù)合得到碳包覆多元合金復(fù)合材料，研宄該材料的儲(chǔ)鈉性能，在電壓范圍為０．０１？２．０??Ｖ電流密度為０．１Ａｈ／ｇ的條件下

Ｆｉｇ．３－２?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＧＨＭｓ?（ａ）?ａｎｄ?ＮＧ?（ｃ）；?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＧＨＭｓ?（ｂ）?ａｎｄ?ＮＧ?（ｄ）；?ａｎｄ??ｔｈｅ?ｉｎｓｅｔ?ｉｓ?ｔｈｅ?ｈｉｇｈ?ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?ＴＥＭ?（ＨＲＴＥＭ）?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＧＨＭｓ．??此外，ＮＧＨＭｓ的形成可以通過(guò)圖３－２ｂ中的ＳＥＭ圖進(jìn)一步驗(yàn)證，其中可以清晰地??看到直徑為２００－４００?ｎｍ的球形顆粒。因石墨烯特定的中空結(jié)構(gòu)具有柔韌性，所以不能??很好地支撐ＮＧＨＭ的球形形貌，所以ＮＧＨＭ的中空結(jié)構(gòu)發(fā)生了一些變形（如圖３－２ｂ所??示）。對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明ＰＳ微球在ＮＧＨＭ的形成中起關(guān)鍵作用，當(dāng)不加ＰＳ微球的情況下進(jìn)??行相同的合成步驟時(shí)，觀察到常規(guī)ＮＧ的形貌，如圖３－２ｃ和ｄ所示沒(méi)有特定的結(jié)構(gòu)和形??貌。??２２??


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