鋰離子電池由于其質(zhì)輕、高能量密度及長循環(huán)壽命等優(yōu)勢在便攜式電子設(shè)備（手機(jī)、相機(jī)等）和新能源汽車相關(guān)領(lǐng)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(yán)重制約了鋰離子電池的大規(guī)模應(yīng)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(diǎn)而備受研究人員關(guān)注。另外鉀擁有更低的標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)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(dǎo)電性好、易于化學(xué)修飾和結(jié)構(gòu)可調(diào)等特點(diǎn)而成為離子電池中最主要的負(fù)極材料。目前人們已證實石墨可以應(yīng)用于鉀離子電池,而且其理論容量可達(dá)279 mAh g^-1。但是尺寸半徑較大的鉀離子在反復(fù)插/脫嵌過程中會引起材料體積膨脹,導(dǎo)致容量衰減。異質(zhì)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(fù)極的常用方法。這主要由于異質(zhì)原子引入后可在碳晶格中產(chǎn)生更多的缺陷位點(diǎn),提高材料的導(dǎo)電性,從而顯著提升其電化學(xué)性能。然而迄今為止關(guān)... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)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(xué)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(nèi)進(jìn)行可逆的嵌入和脫出，但是致了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)變形和容量衰減。隨后在 2015 年，作為室溫 KIBs 負(fù)極材料，發(fā)現(xiàn) K+可以在石墨層中電化學(xué)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(xué)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(fù)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(fù)充放電過程中會產(chǎn)重的體積膨脹（61%），劇烈的體積變化在電極內(nèi)部產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，導(dǎo)致庫倫效率較低和容量衰減迅速。通過采用合適的粘結(jié)劑和電解液體系，可在程度上緩解其體積改變，進(jìn)而改善電極的電化學(xué)性能[26, 37]。Komaba[26]等對不同粘結(jié)劑（PVDF/CMCNa/PANa）體系下石墨的鉀離子電化學(xué)性能，結(jié)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(jié)劑的石墨負(fù)極在循環(huán)進(jìn)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(fù)極的電化學(xué)性能。Xiulei Ji 課題組研究人員通學(xué)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(dá) 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(xiàn)】：
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