類似于金屬鋰,鉀可以與石墨形成插層化合物（KC8）,因此石墨可用于鉀離子電池負極材料,并具有較高的理論容量（279 mAhg-1）及穩(wěn)定的嵌鉀電位和平臺。然而,由于石墨在嵌鉀過程中產(chǎn)生60%的體積膨脹,使得其循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能較差。為了提升電極材料比容量、循環(huán)及倍率性能,我們對鉀離子電池碳基電極材料進行結(jié)構(gòu)調(diào)控,從而使得其綜合電化學性能得到顯著提升和改善。主要研究內(nèi)容為:（1）增加碳材料儲鉀活性位點策略提升碳材料的儲鉀容量。采用熔鹽輔助方法,通過調(diào)整碳的（002）晶面取向,制備了高取向、具有豐富邊緣活性位的納米碳纖維。所獲得的碳納米纖維的（002）晶面垂直于纖維方向,因此暴露了更多的儲鉀活性位點,以吸附K并縮短K的擴散距離。非原位表征及電化學研究證明,取向調(diào)控顯著提高了碳納米纖維的儲鉀性能。在100 mA g-1電流密度下,循環(huán)500次后,放電比容量維持在252.8 mAh g-1。在1000 mA g-1電流密度下,循環(huán)1200次后,循環(huán)容量為181.5 mAhg-1。此外,該碳納米纖維用于鉀離子混合電容器也展現(xiàn)了優(yōu)異電化學性能,在2000 mA g-1電流密度下,10000次循環(huán)... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１鉀離子電池工作原理示意圖??

４Ｍ〇Ｓ２插??層化合物，放電平臺約１．０６ＶｖｓＫ＋／Ｋ。在２０ｍＡｇ—１電流密度下穩(wěn)定循環(huán)２００次??后，容量穩(wěn)定在６５．４１１＾１＾＿１，接近其理論容量６７〇＾１１§＿１［２（）］。??＾?Ｋｒｄ?Ｉ＊＊?Ｎ－ＰＩＫ?ＮＦ％??＊￣：丨＿?ｒｅｄ?Ｐ＠Ｎ－ＰＨＣＮＦｓ??＜§?ｘｏｏ－??Ｉ?咖丨?２Ａｇ－？■嶋????????ｕ?２００－??戈?０?．?．?????０?０?２００?４００?６０Ｓ）?Ｓ？０??Ｃｙｃｌｅ?Ｎｕｍｂｅｒ??圖１－３氮摻雜多孔碳納米纖維支撐的紅磷柔性電極制備及儲鉀性能：（ａ）制備過程示意圖，??（ｂ）?ＴＥＭ圖片，（ｃ）儲鉀性能１２１１??鉀離子電池合金型負極材料有Ｓｂ、Ｐ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｎ３Ｐ４等。其中，Ｐ與Ｋ在??嵌鉀過程中通過合金反應(yīng)形成Ｋ４Ｐ３，對應(yīng)理論容量為１１５０?ｍＡｈ?ｇ＿１余彥課??題組利用電紡絲技術(shù)制備了氮摻雜多孔碳納米纖維支撐的紅磷柔性電極，展現(xiàn)了??高倍率、長壽命儲鉀性能（如圖１－３所示），在２０００ｍＡｇＨ電流密度在穩(wěn)定循環(huán)??８００次后，容量穩(wěn)定在４６５?ｍＡｈ?［２１］。金屬Ｓｎ也可作為鉀離子電池合金型負極??材料。由于嵌鉀過程中形成ＫＳｎ相，所以容量較低，僅為２２６?ｍＡｈｇＨ，低于石??墨的理論容量２７９ｍＡｈｇＨ［２２－２３］。金屬Ｂｉ可作為高倍率型合金負極，理論容量為??３８５?ｍＡｈｇ—１?（對應(yīng)嵌鉀產(chǎn)物Ｋ３Ｂｉ）。由于較高的理論容量，嵌鉀后體積膨脹也較??大，約為４０６％?［２４－２５】。??與鋰離子電池轉(zhuǎn)換型負極材料類似，鉀離子電池轉(zhuǎn)換型負極材料也包括氧化??４??

?第１章緒?論???Ｊｉ團隊報道，相比于石墨，石墨化程度較低的軟碳具有更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍??率性能，如圖１－５所示。然而，由于軟碳燒結(jié)溫度不足以讓其石墨化，所以獲得??的材料（相比于石墨）有較低的密度（１．６ｖｓ２．３ｇＣｎＴ３）和較大的（００２）面間距??（０．３５５?ｖｓ０．３３５?ｎｍ）。這些特質(zhì)都有利于軟碳具有更多的儲鉀活性位點以至于儲??鉀性能的提升。然而，由于石墨化程度較低，導致軟碳材料的充放電平臺不明顯??（是斜線）。較多的材料缺陷也導致軟碳材料較低的首次庫倫效率【１９］。??Ａ?ｒ￣ｉ?Ｂｌ５ｒ?［??｜＾ｉ?Ｉ?—?＞－１°??Ｉ?｜０．５．??￡?Ｇｒａｐｈｉｔｅ?｜???＾＾＾—???Ｐｏｔａｓｓｉａｔｉｏｎ??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?〇〇〇?１００?２００?３００?４００?５００??如（Ｄｅｇｒｅｅ）?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｃａｐａｃｉｔｙ?（ｍＡｈ／ｇ》??Ｃ???Ｄ?４００Ｔ－??．．：????二咖??＿?ｃ?Ｇｒａｐｈｉｔｅ?妄??言?ｊ－ｔｔｎ?？?Ｓｏｆｔ?ｃａｒｂｏｎ?５?ｏｎ??ｔ?３００?０１０?ｃｍ?＼?３Ｗ＞?８０??一?’？?ｍ?｜ｆ．?—?Ｉ?ａ??￡?２Ｃ?ｉ?６０?ｉ??Ｉ?，?咖—，?２?ｍ＿４０２??ｗ?ｃ?Ｓ＇＊??Ｉ?１〇°－?：ｖ：Ｋ，?ｌ１００－?．２〇￣??〇．?????????，?〇??—，—，—，—，—，???，???，?〇??０?１０?２０?３０?４０?０?１０?２０?３０?４０?５０??Ｃ?ｙｒｌ


本文編號：3380258