鋰離子電池由于其質輕、高能量密度及長循環(huán)壽命等優(yōu)勢在便攜式電子設備（手機、相機等）和新能源汽車相關領域大放異彩。然而地殼中稀缺的鋰資源及其不均衡的分布嚴重制約了鋰離子電池的大規(guī)模應用,因此亟需尋找儲量豐富兼具高能量密度的新電池體系。其中與鋰同主族的鉀元素由于儲量豐富、價格低廉等優(yōu)點而備受研究人員關注。另外鉀擁有更低的標準電極電勢使鉀離子電池具備更寬的電壓窗口,并且K⁺的路易斯酸性較弱能夠形成更小的溶劑化半徑,從而使K⁺表現(xiàn)出更大的擴散速率。上述優(yōu)勢使鉀離子電池有望成為鋰離子電池的重要替代品。碳材料由于導電性好、易于化學修飾和結構可調等特點而成為離子電池中最主要的負極材料。目前人們已證實石墨可以應用于鉀離子電池,而且其理論容量可達279 mAh g^-1。但是尺寸半徑較大的鉀離子在反復插/脫嵌過程中會引起材料體積膨脹,導致容量衰減。異質原子（N、S、P和B等）摻雜是一種有效改善碳材料作為鉀離子電池負極的常用方法。這主要由于異質原子引入后可在碳晶格中產生更多的缺陷位點,提高材料的導電性,從而顯著提升其電化學性能。然而迄今為止關... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鉀離子電池工作原理示意圖

1 緒論電化學嵌鉀才逐漸被人們大量報道[24, 26, 27, 36]。首能夠在碳納米纖維內進行可逆的嵌入和脫出，但是致了嚴重的結構變形和容量衰減。隨后在 2015 年，作為室溫 KIBs 負極材料，發(fā)現(xiàn) K+可以在石墨層中電化學測試顯示，在 C/40（1C=279 mA g-1）的倍mAh g-1，基本接近鉀離子完全嵌入石墨層中的理論位 XRD 等測試手段檢測，發(fā)現(xiàn)鉀離子嵌入石墨層主36、KC24、KC8三個相[24, 36]，在脫鉀的時候逐漸恢證實了石墨在脫嵌鉀過程中發(fā)生的可逆電化學相似，隨著 KC8的生成，在能量上也會呈現(xiàn)一個更加

和鋰離子電池相比，石墨用作鉀離子電池負極具有更高的平臺電壓（0.2.K+/K，0.1 V vs.Li+/Li），這為避免枝晶問題的出現(xiàn)提供了一個新思路。但所表現(xiàn)出的循環(huán)穩(wěn)定性不盡如人意，主要原因是其在反復充放電過程中會產重的體積膨脹（61%），劇烈的體積變化在電極內部產生巨大的應力，導致庫倫效率較低和容量衰減迅速。通過采用合適的粘結劑和電解液體系，可在程度上緩解其體積改變，進而改善電極的電化學性能[26, 37]。Komaba[26]等對不同粘結劑（PVDF/CMCNa/PANa）體系下石墨的鉀離子電化學性能，結果，三者在首周庫倫效率方面有較大差異，其中 CMCNa 的庫倫效率最高（89%DF 的最低（59%），PANa 的（79%）則處于二者之間，而且 PANa 粘結劑的石墨負極在循環(huán)進行 50 圈后容量幾乎沒有衰減。除此之外，降低石墨的性同樣可以有效地提高石墨負極的電化學性能。Xiulei Ji 課題組研究人員通學沉積（CVD）法制備了一種多晶的納米晶型石墨[38]，這種石墨在微晶區(qū)序性比較高，但是在較大的范圍里卻呈現(xiàn)無序排列狀態(tài)，相對于天然石墨而循環(huán) 240 周后容量保持率仍能高達 50%，可見這種多晶石墨的循環(huán)壽命和容持性能均得到了明顯的提高。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Progress in electrolytes for rechargeable Li-based batteries and beyond[J]. Qi Li,Juner Chen,Lei Fan,Xueqian Kong,Yingying Lu.  Green Energy & Environment. 2016(01)



本文編號：3247295