鋰離子電池具有高輸出電壓、高能量密度等優(yōu)勢而廣泛用于移動電子設(shè)備中。近年隨著電動汽車行業(yè)發(fā)展,鋰電池應(yīng)用規(guī)模進一步擴大。然而,有限的鋰資源和過高的價格是鋰電池發(fā)展的瓶頸。鈉/鉀與鋰具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)且資源豐富,因此鈉/鉀離子電池最有可能成為新型二次電池。石墨是商業(yè)化鋰離子電池負極材料,但其儲Na⁺/K⁺容量低。無定形碳具有豐富的缺陷和微孔結(jié)構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)Na⁺/K⁺的可逆存儲。而對碳基材料進行雜原子修飾等是實現(xiàn)其高容量和高可逆性儲能的重要因素。此外,過渡金屬硫化物由于其高比容量也被認為是潛在的電極材料。但硫化物導(dǎo)電率低,體積效應(yīng)明顯,導(dǎo)致電極不穩(wěn)定,因此對其進行結(jié)構(gòu)修飾和改性,如碳包覆,摻雜,以及結(jié)構(gòu)納米化、多孔化等方法是提高其性能的有效手段。因此基于上述考慮,為了合成具有高性能儲Li⁺/Na⁺/K⁺負極材料,本論文從硫摻雜、硫化物修飾等方面研究了多孔碳球、碳纖維復(fù)合材料的設(shè)計、合成、儲能機理,探索了復(fù)合材料作為全電池負極的性能,取... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

LiCoO2-Graphite（鈷酸鋰-石墨）體系鋰離子電池工作原理[6]

硫摻雜或硫化物復(fù)合碳材料的設(shè)計及儲能研究6圖1.2下一代鋰離子電池負極材料的選擇：電位和相應(yīng)容量（圖JunLu等[7]，有修改）圖1.3鋰電池負極儲鋰機制：嵌入型、合金化型、轉(zhuǎn)變反應(yīng)及相應(yīng)材料優(yōu)缺點[7]如果僅從容量的角度來考慮，顯然金屬Li是最為理想的負極，但是在電化學(xué)過程中極易形成的Li枝晶，會引發(fā)電池內(nèi)部短路，導(dǎo)致嚴重的安全問題；另一方面，硅也具有最高的理論比容量（4200mAhg1），但是其差的導(dǎo)電性和在儲鋰過程中所帶來的嚴重體積膨脹會導(dǎo)致電極極易粉化失活。雖然對這些材料的研究一直未停止，但目前它們也還沒達到商業(yè)化應(yīng)用的成熟度。因此，尋找和開發(fā)具有更高可逆比容量的負極材料是一個不斷探索的過程。根據(jù)負極材料與Li+的化學(xué)反應(yīng)機理可以將其歸納為主要的三類：嵌入型負極、合金化型負極和轉(zhuǎn)變反應(yīng)型[8]，其詳細應(yīng)用及其優(yōu)勢和缺點如圖1.3所示。

硫摻雜或硫化物復(fù)合碳材料的設(shè)計及儲能研究6圖1.2下一代鋰離子電池負極材料的選擇：電位和相應(yīng)容量（圖JunLu等[7]，有修改）圖1.3鋰電池負極儲鋰機制：嵌入型、合金化型、轉(zhuǎn)變反應(yīng)及相應(yīng)材料優(yōu)缺點[7]如果僅從容量的角度來考慮，顯然金屬Li是最為理想的負極，但是在電化學(xué)過程中極易形成的Li枝晶，會引發(fā)電池內(nèi)部短路，導(dǎo)致嚴重的安全問題；另一方面，硅也具有最高的理論比容量（4200mAhg1），但是其差的導(dǎo)電性和在儲鋰過程中所帶來的嚴重體積膨脹會導(dǎo)致電極極易粉化失活。雖然對這些材料的研究一直未停止，但目前它們也還沒達到商業(yè)化應(yīng)用的成熟度。因此，尋找和開發(fā)具有更高可逆比容量的負極材料是一個不斷探索的過程。根據(jù)負極材料與Li+的化學(xué)反應(yīng)機理可以將其歸納為主要的三類：嵌入型負極、合金化型負極和轉(zhuǎn)變反應(yīng)型[8]，其詳細應(yīng)用及其優(yōu)勢和缺點如圖1.3所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Improved Na+/K+ Storage Properties of ReSe2–Carbon Nanofibers Based on Graphene Modifications[J]. Yusha Liao,Changmiao Chen,Dangui Yin,Yong Cai,Rensheng He,Ming Zhang.  Nano-Micro Letters. 2019(02)
[2]國內(nèi)外鋰礦主要類型、分布特點及勘查開發(fā)現(xiàn)狀[J]. 劉麗君,王登紅,劉喜方,李建康,代鴻章,閆衛(wèi)東.  中國地質(zhì). 2017(02)
[3]鋰離子之外:鈉和鎂離子電池的電極材料（英文）[J]. Robert C.Massé,Evan Uchaker,曹國忠.  Science China Materials. 2015(09)
[4]石墨烯材料的儲鋰行為及其潛在應(yīng)用[J]. 聞雷,劉成名,宋仁升,羅洪澤,石穎,李峰,成會明.  化學(xué)學(xué)報. 2014(03)
[5]納米技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展[J]. 郭艷玲.  中國發(fā)展. 2004(02)

博士論文
[1]碳基復(fù)合纖維的合成及其儲鋰/鈉性能[D]. 梁嬌嬌.湖南大學(xué) 2018
[2]復(fù)合電極材料的制備及其高倍率電化學(xué)儲能研究[D]. 梅琳.湖南大學(xué) 2016

碩士論文
[1]單壁碳納米管在磁場中的物理性質(zhì)[D]. 于洋.河北科技大學(xué) 2019



本文編號：3251667