在各種各樣的能源發(fā)展策略中,電化學(xué)能源是目前最有前途的儲(chǔ)能設(shè)備,其中鋰離子電池（LIBs）表現(xiàn)的尤為突出。隨著各種電子設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng),LIBs被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源儲(chǔ)備領(lǐng)域。隨著LIBs在社會(huì)生活和生產(chǎn)中的地位日益突出,鋰礦資源需求量必然增加,勢(shì)必推高相關(guān)原材料的價(jià)格,進(jìn)而增加電池成本,不利于新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鈉與鋰為同一主族元素,具有相似的物理和化學(xué)性質(zhì),而且鈉在地殼中的儲(chǔ)量相對(duì)豐富,價(jià)格遠(yuǎn)低于鋰原料價(jià)格。因此,開(kāi)發(fā)高性能鈉離子電池（SIBs）可以彌補(bǔ)LIBs的不足,具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。此論文以甘蔗渣、小麥秸稈和刨花（木材屑）等生物質(zhì)作為碳源,通過(guò)一種簡(jiǎn)單且通用的高溫活化的方法制備三維多孔碳材料。所得材料不僅具有大孔結(jié)構(gòu),還擁有豐富的介孔結(jié)構(gòu)以及微孔結(jié)構(gòu)。材料通過(guò)大孔橋連形成多級(jí)孔結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)為鋰離子的儲(chǔ)存提供了通道和位點(diǎn),從而提高電池的性能。三維多孔碳材料作為L(zhǎng)IBs陽(yáng)極材料,表現(xiàn)出高比容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能。其中甘蔗渣的高溫碳化產(chǎn)物（800℃）在電流密度0.1 A g^-1條件下循環(huán)100圈后,比容量仍然保持在325 mA... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

可充電鋰電池的鋰嵌入/脫出機(jī)理示意圖[21]

第一章緒論5FexOy[56]、CuO[57]、Cu2O[58]、MoO2[59]等）、金屬硫化物、金屬磷化物和金屬氮化物（MxXy；X=S[60]、P[61]、N[62]）。LIBs不同陽(yáng)極材料的工作機(jī)理示意圖如1.2所示[63]圖1.2鋰電池中陽(yáng)極材料不同反應(yīng)機(jī)理示意圖。黑色圓圈：晶體結(jié)構(gòu)中的空隙；藍(lán)色圓圈：金屬；黃色圓圈：鋰[63]。Fig.1.2Aschematicrepresentationofthedifferentreactionmechanismsobservedinelectrodematerialsforlithiumionbatteries.Blackcircles:voidsinthecrystalstructure,bluecircles:metal,yellowcircles:lithium[63].1.3.1嵌入/脫出型陽(yáng)極材料LIBs嵌入/脫出型陽(yáng)極材料主要包括碳基材料和鈦基材料。碳基材料根據(jù)結(jié)晶度和碳原子堆積方式可分為石墨化碳和非石墨化碳[64]。商業(yè)化LIBs陽(yáng)極材料石墨理論比容量（372mAhg-1）較低，雖然生產(chǎn)成本低廉，但應(yīng)用僅局限于低功率設(shè)備，而很難應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)以及高功耗設(shè)備，而且石墨材料存在擴(kuò)散速率低、倍率性能差等缺陷，因此碳基材料研究重點(diǎn)就轉(zhuǎn)移到了多孔碳、碳納米管和石墨烯等非石墨化碳材料[65]。

第一章緒論7盡管我們已經(jīng)展示了許多有趣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但從電池行業(yè)的角度來(lái)看，CNT技術(shù)還不夠成熟，大規(guī)模生產(chǎn)和成本問(wèn)題成為其在LIBs領(lǐng)域應(yīng)用的阻礙。圖1.3鉆孔多壁碳納米管合成示意圖[74]。Fig.1.3SchematicprocedurefordrillingMWCNTs[74].1.3.1.3石墨烯（Graphene）Graphene是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的二維納米片狀材料。Graphene材料良好的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度、高電荷遷移率和高表面積，使得其成為L(zhǎng)IBs適宜的陽(yáng)極材料[75]。事實(shí)上，Graphene的儲(chǔ)鋰性能研究頗具爭(zhēng)議。由于單層Graphene材料吸附鋰的能力低于石墨（372mAhg-1）[76]，但當(dāng)Graphene材料形成多層二維片狀結(jié)構(gòu)時(shí)，理論容量遠(yuǎn)超過(guò)石墨。Sahoo等人[77]利用氫輔助還原法制備二氧化錫修飾硼摻雜Graphene納米片復(fù)合材料，該方法具有簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保和環(huán)境友好等特點(diǎn)。當(dāng)此復(fù)合材料作為L(zhǎng)IBs的陽(yáng)極材料時(shí)，展現(xiàn)出高比容量、優(yōu)異的導(dǎo)電性能和良好的倍率性能。在0.2Ag-1電流密度下，可逆容量保持在348mAhg-1。Han等人[78]也合成出雙層納米多孔MoO3/Graphene復(fù)合材料，其獨(dú)特的堆疊多孔結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)離子和電子傳輸速率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋰離子快速擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，同時(shí)多孔且柔性的電極可以提升電池的容量和倍率性能。其作為陽(yáng)極材料時(shí)，在0.25Ag-1電流密度下，可逆容量保持在710mAhg-1以上，而200Ag-1高電流密度，容量仍然保持在260mAhg-1。優(yōu)異電化學(xué)性能和超過(guò)13000圈放/充電循環(huán)性能為

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]高比能鋰離子電池負(fù)極材料硅、鋰的可控制備與電化學(xué)性能研究[D]. 林良棟.山東大學(xué) 2019
[2]碳/錫基納米復(fù)合材料的制備及其在鋰離子電池負(fù)極中的應(yīng)用[D]. 梁況.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3060327