硒化镍基复合材料的制备及其储钠性能
发布时间：2021-01-17 21:08
二硒化镍（NiSe2）形貌易调控,理论比容量高,储量丰富,价格低廉,是理想的钠离子电池负极材料。但它存在体积膨胀、动力学迟缓等问题,导致倍率性能和循环稳定性仍有待提高。针对上述问题,论文以NiSe2为研究对象,通过与碳材料进行复合、构建异质结构及构建中空结构,提高其导电率、倍率性能和循环性能,系统研究其微观组织结构和电化学行为,揭示储钠性能及改性机理。制备了碳复合球状NiSe2电极材料,优化了工艺参数,NiSe2颗粒在碳层上分布均匀,无团聚,颗粒尺寸小,有效提高了导电性和储钠性能,其初始比容量显著提高,0.1 A g-1电流密度下比容量为469.5 mAh g-1,接近理论值494 mAh g-1。在制备碳复合NiSe2的工艺流程中增加氧化步骤,获得了碳复合NiSe2异质结构。通过调节氧化时间来控制前驱体中氧含量,影响了硒化产物的物相组成,当氧化时间为6 h时,制备出碳复合NiSe...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钠离子电池工作原理示意图[5]
用的负极材料主要有碳基材料、合金类材料、钛基氧化物以及金属硫硒化物。在商业锂离子电池中，碳材料已经得到了成功应用，但适用于锂离子电池的层状石墨负极并不能直接用于钠离子电池负极，这是由于钠离子与锂离子相比，半径较大，在脱嵌过程中会使石墨的层状结构遭到较为严重的破坏。为了解决这一问题，WenYang等人采用改进的Hummer法将原始石墨氧化成氧化石墨，并对氧化石墨进行部分还原处理得到膨胀石墨，其层间晶格距离增加了4.3，钠离子能够可逆地插入膨胀石墨中并从膨胀石墨中脱嵌出来[11]。石墨材料的储钠机理图如图1-2所示。图1-2石墨材料储钠示意图[11]合金类材料主要通过与钠金属形成合金的方式进行钠离子的存储，然而钠离子的半径较大，在合金的形成过程中伴随着较大的体积变化，电极材料容易出现粉化、脱落等问题，造成比容量的严重衰减。合金类材料的研究主要集中在Sn、Si、Sb等以及它们相应的化合物。这些合金类材料的理论比容量与石墨相比要高很多，通常是石墨材料的2~10倍。Sn、Si、Sb负极材料性能的对比见表1-1。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-表1-1Sn、Si、Sb负极材料电化学性能的对比[12]Density[gcm-3]LithiatedphaseTheoreticalgravimetriccapacity[mAhg-1]PotentialvsLi/Li+[V]VolumevariationC2.25LiC63720.0512Si2.33Li4.4Si42000.4420Ge5.32Li4.4Ge16250.5370Sn7.26Li4.4Sn9940.6260Sn的合金最高可达3.75Na，其电荷存储容量为847mAhg1[13]（图1-3）。Sn的理论比容虽然很高，但在反应时体积膨胀可达420%（与Na15Sn4的形成有关）[14]。Zhu等人利用电化学沉积法在导电木纤维基材/集流体上制备了由纳米颗粒锡薄膜组成的无粘结剂电极，活性锡与集流体保持良好的接触，木材纤维提供了一种具有优良机械性能、大表面积和提供有效离子和电子传输的多孔结构的轻质基材(见图1-4)，在初始容量为339mAhg1的情况下，可稳定循环400次[15](见图1-5)。软介孔木质纤维基板可作为低成本钠离子电池负极材料的新平台。图1-3Sn4P3/C纳米复合材料作为钠离子电池负极的电化学性能[13]图1-4a)木材纤维的层次结构b)木材纤维释放Sn电极产生的应力c)离子运输的双通道[15]
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池机遇与挑战[J]. 曹余良. 储能科学与技术. 2020(03)
[2]高性能钠离子电池负极材料的研究进展[J]. 朱子翼,张英杰,董鹏,孟奇,曾晓苑,章艳佳,吉金梅,和秋谷,黎永泰,李雪. 化工进展. 2019(05)
[3]三明治结构G@SnO2 @C复合材料的合成、表征及其钠离子电池负极性能研究[J]. 钱翔英. 电子显微学报. 2019(02)
[4]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)
[5]钠离子电池工作原理及关键电极材料研究进展[J]. 郭晋芝,万放,吴兴隆,张景萍. 分子科学学报. 2016(04)
博士论文
[1]基于普鲁士蓝类似物衍生的结构调控复合材料制备及钠离子电池负极性能研究[D]. 田佳伟.浙江大学 2019
[2]基于镍/锡的金属氧化物和硒化物微纳材料的制备及其储能性能研究[D]. 何妍妍.山东大学 2018
[3]钼/锌基硒化物复合材料纳米结构的构筑及其储钠性能研究[D]. 牛斐洱.山东大学 2018
本文编号：2983595
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钠离子电池工作原理示意图[5]
用的负极材料主要有碳基材料、合金类材料、钛基氧化物以及金属硫硒化物。在商业锂离子电池中，碳材料已经得到了成功应用，但适用于锂离子电池的层状石墨负极并不能直接用于钠离子电池负极，这是由于钠离子与锂离子相比，半径较大，在脱嵌过程中会使石墨的层状结构遭到较为严重的破坏。为了解决这一问题，WenYang等人采用改进的Hummer法将原始石墨氧化成氧化石墨，并对氧化石墨进行部分还原处理得到膨胀石墨，其层间晶格距离增加了4.3，钠离子能够可逆地插入膨胀石墨中并从膨胀石墨中脱嵌出来[11]。石墨材料的储钠机理图如图1-2所示。图1-2石墨材料储钠示意图[11]合金类材料主要通过与钠金属形成合金的方式进行钠离子的存储，然而钠离子的半径较大，在合金的形成过程中伴随着较大的体积变化，电极材料容易出现粉化、脱落等问题，造成比容量的严重衰减。合金类材料的研究主要集中在Sn、Si、Sb等以及它们相应的化合物。这些合金类材料的理论比容量与石墨相比要高很多，通常是石墨材料的2~10倍。Sn、Si、Sb负极材料性能的对比见表1-1。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-表1-1Sn、Si、Sb负极材料电化学性能的对比[12]Density[gcm-3]LithiatedphaseTheoreticalgravimetriccapacity[mAhg-1]PotentialvsLi/Li+[V]VolumevariationC2.25LiC63720.0512Si2.33Li4.4Si42000.4420Ge5.32Li4.4Ge16250.5370Sn7.26Li4.4Sn9940.6260Sn的合金最高可达3.75Na，其电荷存储容量为847mAhg1[13]（图1-3）。Sn的理论比容虽然很高，但在反应时体积膨胀可达420%（与Na15Sn4的形成有关）[14]。Zhu等人利用电化学沉积法在导电木纤维基材/集流体上制备了由纳米颗粒锡薄膜组成的无粘结剂电极，活性锡与集流体保持良好的接触，木材纤维提供了一种具有优良机械性能、大表面积和提供有效离子和电子传输的多孔结构的轻质基材(见图1-4)，在初始容量为339mAhg1的情况下，可稳定循环400次[15](见图1-5)。软介孔木质纤维基板可作为低成本钠离子电池负极材料的新平台。图1-3Sn4P3/C纳米复合材料作为钠离子电池负极的电化学性能[13]图1-4a)木材纤维的层次结构b)木材纤维释放Sn电极产生的应力c)离子运输的双通道[15]
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池机遇与挑战[J]. 曹余良. 储能科学与技术. 2020(03)
[2]高性能钠离子电池负极材料的研究进展[J]. 朱子翼,张英杰,董鹏,孟奇,曾晓苑,章艳佳,吉金梅,和秋谷,黎永泰,李雪. 化工进展. 2019(05)
[3]三明治结构G@SnO2 @C复合材料的合成、表征及其钠离子电池负极性能研究[J]. 钱翔英. 电子显微学报. 2019(02)
[4]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)
[5]钠离子电池工作原理及关键电极材料研究进展[J]. 郭晋芝,万放,吴兴隆,张景萍. 分子科学学报. 2016(04)
博士论文
[1]基于普鲁士蓝类似物衍生的结构调控复合材料制备及钠离子电池负极性能研究[D]. 田佳伟.浙江大学 2019
[2]基于镍/锡的金属氧化物和硒化物微纳材料的制备及其储能性能研究[D]. 何妍妍.山东大学 2018
[3]钼/锌基硒化物复合材料纳米结构的构筑及其储钠性能研究[D]. 牛斐洱.山东大学 2018
本文编号：2983595
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