高性能鈉/鉀離子電池負極材料的制備及研究
發(fā)布時間：2021-10-20 07:12
鈉/鉀離子電池與鋰離子電池有著相似的工作原理,但相比于鋰資源而言,鈉/鉀元素在地球上儲量豐富且成本低廉,因此開發(fā)高性能鈉/鉀離子電池有望應用于大規(guī)模儲能領域。開發(fā)長壽命高倍率的電極材料對鈉/鉀離子電池的應用至關重要。然而,由于鈉/鉀離子較大的離子半徑（相比鋰離子而言）,導致其在電極材料中的擴散更為緩慢,并且其嵌入材料體相會導致材料面臨著巨大的體積膨脹,從而最終導致電池容量衰減。因此設計合適的電極材料成為鈉/鉀離子電池應用的一個挑戰(zhàn)。本論文針對幾種不同的負極材料,通過理性設計電極材料結構和優(yōu)化電解液等策略,實現其優(yōu)異的儲鈉/鉀性能,且深入分析其儲鈉/鉀機理。第1章,首先簡要概述了鈉/鉀離子電池的組成、工作原理和電極材料的研究狀況,然后詳細介紹了本論文研究的Nb2O5、硬碳和Bi三類材料的研究進展。第2章,介紹了本論文實驗過程中使用到的藥品及測試表征的設備與方法。第3章,采用靜電噴霧沉積（ESD）技術,制備了三維多孔碳基體負載Nb2O5納米顆粒自支撐電極材料,在10C電流密度下循環(huán)7500圈,仍然具有130mAh g-1的儲鈉比容量,動力學分析揭示了其贗電容特性的快速儲鈉機制,并通過鈉離子...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：155 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２地殼中常見元素的儲量Ｗ??至今，已經能夠大規(guī)模商用的二次電池主要包括：鉛酸電池（Ｌｅａｄ－ａｃｉｄ）、??
１０００???工業(yè)級金屬的價格?１０００００?３０００?１３０００??鈉／鉀離子電池的關鍵組成部分及其工作原理與鋰離子電池類似，因此研宄??鈉／鉀離子電池可以從鋰離子電池中得到借鑒，但是由于鈉／鉀離子的半徑遠大于??鋰離子，這就導致了其反應過程中緩慢的動力學和劇烈的體積變化，導致現階段??鈉離子電池難以實現長的循環(huán)壽命和快速充放電。雖然現階段鈉／鉀離子電池科??學上還存在很多尚不明確的問題，技術上還有很多難點需要攻克，但是越來越多??的科研工作者們正投入到這一領域，如圖１．３所示，我們在ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ上以??“Ｓｏｄｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ”?和?“Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ”?為標題關鍵詞搜索得到了從?１９９０??年至今鈉／鉀離子電池的發(fā)文情況，可以發(fā)現從２０１０年開始，近１０年內關于鈉／??鉀離子電池的研宄快速增長，研究者們己經取得了很多可喜的成果，但鈉／鉀離子??電池的應用之路仍然不平坦，仍需繼續(xù)探索。本論文中，我們將嘗試去解決一些??鈉／鉀離子電池負極材料的關鍵性科學問題，希望能為鈉／鉀離子的應用添磚加瓦。??１６００－１??４００－Ｉ???ｔｒ．?１２００＊?Ｓｏｄｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ?３００?■?Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｉｙ??Ｓ?Ｃｍ??？２?．２??？？?｝?ｉｌＡｔ＾??ｓ?８００－?ａ?２００．??ｃｕ?ｎｐｙＨ?＆??４００－?１００．??ｍｍ??ｍｍｍ??０?．?．?＿?．．一０１?＾??１９９０?１９９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５?２０２０?１９９０?１９９５?２
?第１章緒論???１．２鈉／鉀離子電池的組成及工作原理??Ｃａｔｈｏｄｅ?Ａｎｏｄｅ?．．．??Ｌａｙｅｒｅｄ?Ｏｘｉｄｅ?Ｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓ??．一．．?２?Ｎａ＇ｉｏｎ?Ｂａｔｔｅｒｙ?＾?ｍ??．ｖ＾．?Ｍｅｕ，Ａｎ〇ｖ??Ａｄｄｉｔｉｖｅ?１?Ｂｊｎｄｅｒ?Ｊｔ?＾??ｇ?，?ＡＭＡＵｇＭＩｌ??ｓｏｌｗｅｎｔ??＊?Ｓａｌｔ??Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?＆?Ｂｉｎｄｅｒ??圖１．４鈉離子電池組成示意圖丨丨〇丨??鈉／鉀離子電池的工作原理及組成與人們熟知的鋰離子電池基本是相同的，??先以鈉離子電池為例，其組成如圖１．４所示，其組成部分主要包含：正極材料、??負極材料、電解液、隔膜、集流體、粘結劑、導電添加劑、和封裝材料（圖中未??顯示）〖１Ｑ］。其工作原理如圖］．５ａ所示，以含鈉層狀金屬氧化物為正極材料，硬??碳材料為負極材料，由于他們的對鈉電勢不同，在正負極直接就有了電勢差，圖??１．５ｂ展示了一些典型的鈉離子電池正負極材料的對鈉電勢和質量比容量［１５］。在??充電的過程中，鈉離子從正極材料中脫出，在電極與電解液界面處發(fā)在電荷轉移，??進入電解液，然后擴散至負極與電解液界面處，再次發(fā)生電荷轉移過程，最后嵌??入負極硬碳中，就完成了充電過程，此過程將電能轉換成了化學能，放電過程與??充電過程相反，完成化學能向電能的轉換。在充放電的過程中鈉離子在正負極之??間循環(huán)往返遷移，因此鈉離子電池也像鋰離子電池一樣，可以被稱為是“搖椅電??池（Ｒｏｃｋｉｎｇｃｈａｉｒｂａｔｔｅｒｙ）?”｜１６］。電解液是由鈉鹽（六氟憐酸鈉、高氯酸鈉、三氟??甲基磺酸鈉等）和有機溶劑（一般為碳酸酯或者醚類）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Bi Nanoparticles Anchored in N-Doped Porous Carbon as Anode of High Energy Density Lithium Ion Battery[J]. Yaotang Zhong,Bin Li,Shumin Li,Shuyuan Xu,Zhenghui Pan,Qiming Huang,Lidan Xing,Chunsheng Wang,Weishan Li. Nano-Micro Letters. 2018(04)
本文編號：3446478
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：155 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２地殼中常見元素的儲量Ｗ??至今，已經能夠大規(guī)模商用的二次電池主要包括：鉛酸電池（Ｌｅａｄ－ａｃｉｄ）、??
１０００???工業(yè)級金屬的價格?１０００００?３０００?１３０００??鈉／鉀離子電池的關鍵組成部分及其工作原理與鋰離子電池類似，因此研宄??鈉／鉀離子電池可以從鋰離子電池中得到借鑒，但是由于鈉／鉀離子的半徑遠大于??鋰離子，這就導致了其反應過程中緩慢的動力學和劇烈的體積變化，導致現階段??鈉離子電池難以實現長的循環(huán)壽命和快速充放電。雖然現階段鈉／鉀離子電池科??學上還存在很多尚不明確的問題，技術上還有很多難點需要攻克，但是越來越多??的科研工作者們正投入到這一領域，如圖１．３所示，我們在ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ上以??“Ｓｏｄｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ”?和?“Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ”?為標題關鍵詞搜索得到了從?１９９０??年至今鈉／鉀離子電池的發(fā)文情況，可以發(fā)現從２０１０年開始，近１０年內關于鈉／??鉀離子電池的研宄快速增長，研究者們己經取得了很多可喜的成果，但鈉／鉀離子??電池的應用之路仍然不平坦，仍需繼續(xù)探索。本論文中，我們將嘗試去解決一些??鈉／鉀離子電池負極材料的關鍵性科學問題，希望能為鈉／鉀離子的應用添磚加瓦。??１６００－１??４００－Ｉ???ｔｒ．?１２００＊?Ｓｏｄｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ?３００?■?Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｉｙ??Ｓ?Ｃｍ??？２?．２??？？?｝?ｉｌＡｔ＾??ｓ?８００－?ａ?２００．??ｃｕ?ｎｐｙＨ?＆??４００－?１００．??ｍｍ??ｍｍｍ??０?．?．?＿?．．一０１?＾??１９９０?１９９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５?２０２０?１９９０?１９９５?２
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【參考文獻】：
期刊論文
[1]Bi Nanoparticles Anchored in N-Doped Porous Carbon as Anode of High Energy Density Lithium Ion Battery[J]. Yaotang Zhong,Bin Li,Shumin Li,Shuyuan Xu,Zhenghui Pan,Qiming Huang,Lidan Xing,Chunsheng Wang,Weishan Li. Nano-Micro Letters. 2018(04)
本文編號：3446478
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