钠离子电池钛基负极材料的制备、性能及器件研究

发布时间：2021-02-18 09:19

　　钠离子电池具有钠资源丰富、环境友好、价格低廉等优点,在大规模储能和便携式电源等方面具有广泛的应用前景。目前钠离子电池的研究尚处于初期阶段,与现有的锂离子电池相比还存在差距,有极大的提升空间。负极材料是电池性能的关键决定因素之一,直接影响钠离子电池的综合性能。钛基化合物结构稳定、资源丰富,成为当前钠离子电池负极材料研究的热点。其中,磷酸钛钠（NaTi2（PO4）3）具有比容量大、充放电平台略高于水的析氢电位等优点,是极具潜力的水系钠离子电池负极材料;钛酸钠（Na2Ti2O5）成本低廉、比容量大、电压平台低,是有机电解液钠离子电池非碳负极材料的首选。本论文通过水热合成等方法,直接在金属钛片上制备NaTi2（PO4）3纳米线阵列和Na2Ti2O5@C纳米管阵列,并分别用于水系和有机系钠离子电池,充分利用纳米阵列在电子/离子输运方面的动力学优势,提升电极和器件性能。主要研究内容如下:1.用厚度为50 μm的商用钛片作为集流体和钛源,通过水热合成法,在钛片上制备出长度为10-15μm,直径为50-100nm的NaTi2（PO4）3纳米线束状阵列。三维纳米线阵列结构有利于充放电过程中材料的电子传输... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

水系钠离子电池的反应原理示意图

图 1-2 水的电化学窗口与常见钠离子电池电极材料及其电极电势[22]如图 1-2 所示，由水的电化学窗口为 1.23V，为了降低析氢吸氧等副反应的干扰，正、负极材料的电极反应最好在水的电化学窗口内。这样就使得很多高电压的正极材料和一些低电压的负极材料不能用于水系钠离子电池体系。此外由于钠离子半径较大（0.102nm），使得嵌入反应较难，活性材料的利用率低下，嵌入过程中容易引起材料主体晶格形变，致使其结构坍塌，从而影响材料的循环稳定性[22]；钠盐化合物一般在水溶液中的稳定性能较差，还有些材料容易在水中溶解。由于这些原因限制了水系钠离子电池的选择，使适用于水系钠离子电池的材料不多。1.2.3.1 水系钠离子电池正极材料Na0.44MnO2作为常见的水系钠离子正极材料研究较早，在 2008 年 Sauvag[23]等人将其作为钠离子传感器，首次报道了其在水溶液中的电化学行为。研究发现Na0.44MnO2在 1 M 的 NaNO3溶液中有三对氧化还原峰，能够可逆的嵌入和脱出

益增长的能源需求，能连接可持续能源（如风能网储能系统受到高度的重视。尽管锂离子电池技高的能够满足大规模储能系统的需求，但由于制了锂离子电池在智能电网中的储能体系的应用离子电池是当今社会研究的重点。钠离子电池性能，资源储量丰富、价格低廉和易于开采等优子电池应用在大规模储能体系中的观点越发明电池的研究论文越来越多，各种正负极材料和电池的电化学性能有显著的提高，尽管如此，钠离能量密度、功率密度、电化学稳定性和安全上的液钠离子电池的基本原理

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3039362