碳質材料因其豐富、穩(wěn)定、使用安全等優(yōu)點,是鉀離子電池極具發(fā)展前景的負極材料之一。然而,碳基負極材料仍存在容量低且長時間循環(huán)容量不斷衰減等問題。雜原子摻雜、設計合理的微觀結構是提高碳質材料電化學性能的有效方法。氮是碳質負極材料中最有前途的摻雜原子之一,它能產(chǎn)生缺陷位點、提高電子導電性。此外,與未摻雜碳相比,氮摻雜碳質材料具有擴大層間空間的特點,有利于鉀離子的插入和脫出,提高電化學性能。磷摻雜是另一種重要的改性方法,由于其具有較強的供電子能力,有利于改善材料的電子性質,加速電子轉移,增加部分反應活性。本論文通過簡單高效的實驗方法制備雜原子摻雜多孔碳材料以獲得高容量的鉀離子電池負極材料�？偨Y如下:（1）通過熔融鹽熱解藍藻粉末這一簡單綠色的方法合成氮氧共摻雜分級多孔碳（NOPC）。氮氧共摻雜多孔碳用做鉀離子電池負極具有高度的可逆能力和超長的循環(huán)穩(wěn)定性,在50 mA g^-1的電流密度下（100個循環(huán)）保留了266 mAh g^-1的容量;在1000 mA g^-1的電流密度下（1000個循環(huán)）保持104 mAh g^-1

【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)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鉀離子電池結構圖

被賦予一種獨特的能力來調整他們的結構配置,以適應大半徑的鉀離子不發(fā)生結構崩潰。[25-27]鉀離子電池可能的有機正極材料通常以其官能團為特征，這些官能團在電化學上具有氧化或還原活性。如，聚蒽醌基硫化物 (PAQS)已被確定為一種有前途的鉀離子電池正極材料具有穩(wěn)定的羰基氧化還原中心，適用于與鉀離子的可逆反應。重要的是，PAQS 的長主干鏈可以彎曲以適應 K+的插入，這為連續(xù)循環(huán)充放電保持一定的結構穩(wěn)定性提供了一種有效的途徑(圖 1-3)，[28]因此 PAQS具有高達 220 mAh g-1的可逆容量。盡管有機電極材料具有明顯的優(yōu)勢，但其在非質子電解質中的高溶解度對其在鉀離子電池中的實際應用提出了挑戰(zhàn)。由于過高的溶解度使得可充電電池的材料損耗持續(xù)，容量衰減迅速。然而聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，對活性聚苯胺的溶解能力大大降低。[29]因此，基于 PMMA 在有機液體電解質的基礎上，鉀離子電池在 50 mA g-1的電流密度下循環(huán) 100 次仍能保持首周容量的 98%。除了溶解度相關的問題外，有機電極還存在插層電位低的問題。預計未來的研究工作將繼續(xù)集中在電解質設計上，以減輕鉀化/脫鉀化過程中有機物的溶解，并探索其他具有不同骨架、側鏈或官能團的有機物，從而促進氧化還原電位的增強。

mA g-1時具有 156 mAh g-1的高初始放電能保持率近 70%。通過原位 XRD 的檢測，可與晶態(tài)之間的轉變。將這些材料用于鉀離子 Xu 等人制備了 KTi2(PO4)3納米管，并在管和碳復合物，在 64 mA g-1時可以達到 7循環(huán)后容量不會衰減。相比之下，僅 KTi2(會急劇下降到 40mAhg-1，這就凸顯了正極化學性能的重要性。了結構相同的 KVPO4F 和 KVOPO4非水鉀VPO4F 和 KVOPO4具有高可逆性的鉀提取 84 mAh g-1（在 2.0 V-5.0 V 的電壓范圍），電壓達到 4.0 V 以上。盡管脫出了較大的鉀至 5.0 V 后晶格體積縮小 5.8%和 3.3%，循

【參考文獻】：
期刊論文
[1]在NaCl非水離子液體中制備類石墨烯狀氮硫共摻雜生物質碳材料來提高鋰硫電池的動力學研究（英文）[J]. 黃曼,楊靖宇,奚寶娟,弭侃,封振宇,劉靜,馮金奎,錢逸泰,熊勝林.  Science China Materials. 2019(04)
[2]Robust self-supported anode by integrating Sb2S3 nanoparticles with S,N-codoped graphene to enhance K-storage performance[J]. Yanying Lu,Jun Chen.  Science China（Chemistry）. 2017(12)
[3]An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery[J].   Science Foundation in China. 2015(04)



本文編號：3534591