碳/二硫化钼基复合纳米纤维的制备及其储锂/钠性能研究
发布时间：2021-07-15 21:02
电化学储能被视为是新能源产业革命的核心,而这其中,锂离子二次电池（LIBs）具有能量密度高、绿色环保等显著优点,得以在便携式电子消费品市场占据重要位置。然而,全球锂资源告急,将无法满足将来锂离子电池的巨大需求,阻碍了新能源产业的发展,亟需新能源的开发。作为碱金属同族元素,钠与锂具有电化学相似性,且钠蕴藏量因为比锂高4-5个数量级而具有更低的开发成本。虽然在这两个体系中采用相似的电极材料的可能性较大,但由于钠较大的原子质量和离子半径,钠离子二次电池（SIBs）在充放电循环中表现出明显的传输动力慢的问题,极大地减弱了能量密度和输出电压,再加上嵌/脱钠过程中更为剧烈的体积变化,导致了极化现象严重、容量稳定性差、电极脱落等一系列问题。因此,探索合适的负极材料以促进钠离子可逆嵌入/脱出是迫切需要解决的问题。具有二维层状结构的材料在快速嵌/脱钠离子方面表现出较大潜力,尤其是利用转化机制储钠的层状过渡金属硫化物,具有安全的操作电位,可观的理论比容量,且在电化学过程中经历相对较小的体积变化,是一类理想的储钠负极材料。这其中二硫化钼（MoS2）是代表性材料之一,其层间通过范德华力连...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)锂资源需求增量
均具有丰富的储量，其储量丰富度高于锂资源4-5个数量级，而价格却不到锂金属的十分之一[22-23]。最重要的是，作为元素周期表中同族元素，它们的化学性质很相似，因此普遍认为钠可以被应用于类似的电池系统[24-26]。在20世纪70-80年代，钠离子和锂离子电极都被研究过，但是锂离子电池因为拥有更高的能量密度使其更适用于小型且便携式电子设备，所以可充电电池的研究工作从那时起就主要集中在锂离子电池上[27-30]。近年来，由于全球对锂资源储量的担忧，研究者们开始重新聚焦在钠离子电池（SIBs）上。图1-1.(a)锂资源需求增量图.(b)几种金属资源储量[14].Figure1-1.(a)Shortageoffuturelithiumsupply.(b)ElementalabundanceintheEarth’scrust[14].
料晶粒的输送势垒明显增加，而沿边界的动力扩散也极受到极大阻碍，有研究表明钠离子的传输阻滞率约为锂离子的20倍[37,38]。除了使得脱嵌速率受到显著阻滞，另一方面，因为较大的离子半径，钠离子对负极材料晶格的嵌入会使得其经受更大的体积膨胀（在直径方向上比锂离子高150%）[39,40]，钠离子脱出过程则会使负极材料面临更强烈的压应力的变化，如此反复循环，会使得负极材料的晶体结构发生坍塌，嵌钠通道丧失，进而造成电池体系容量的巨大损失[41]。而且因为钠还比锂的氧化还原电位高0.3V，导致SIBs能量密度略低于LIBs。图1-2.“摇椅式”钠离子电池充电/放电过程示意图[40].Figure1-2.Schematicofthecharge/dischargeprocessesofrocking-chairbasedSIBs[40].
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂的石墨烯作为钠离子电池负极材料的第一性原理研究[J]. 姚利花. 原子与分子物理学报. 2019(02)
[2]静电纺丝在钠离子电池中的应用研究进展[J]. 王玲,杨国锐,王嘉楠,王思岚,彭生杰,延卫. 化学学报. 2018(09)
[3]具有高电化学性能WS2纳米片嵌石墨化纳米碳管材料（WS2@G）用于锂离子或钠离子电池储能领域研究（英文）[J]. 孔德斌,邱雄鹰,王斌,肖志昌,张兴豪,郭瑞莹,高扬,杨全红,智林杰. Science China Materials. 2018(05)
[4]钠离子电池合金类负极材料的研究进展[J]. 刘创,卢海燕,曹余良. 中国材料进展. 2017(10)
[5]钠离子电池负极P/SnSb/C复合材料的性能[J]. 郭庆,汝强,陈晓秋,侯贤华. 电池. 2016(04)
[6]钒氧化物纳米材料在钠离子电池中的应用[J]. 魏湫龙,蒋周阳,谭双双,李启东,麦立强. 硅酸盐学报. 2016(05)
[7]多孔碳纳米片的合成及在钠离子电池中的应用[J]. 张京飞,陆静,杨晓宇,黄韵迪,徐林,孙冬梅,唐亚文. 电化学. 2015(06)
[8]点缺陷对单层MoS2电子结构及光学性质的影响研究[J]. 范梦慧,谢泉,蔡勋明,岑伟富,骆最芬,郭笑天,闫万珺. 原子与分子物理学报. 2015(03)
[9]硬炭作为钠离子电池炭负极材料的研究[J]. 宋怡楠,马志广,王静,时志强. 电源技术. 2015(06)
[10]还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能[J]. 许婧,杨德志,廖小珍,何雨石,马紫峰. 物理化学学报. 2015(05)
博士论文
[1]二维MoS2光电性能的缺陷调控研究[D]. 张先坤.北京科技大学 2019
[2]基于层状MoS2及MoSe2复合材料的制备和应用研究[D]. 雷祥.华东师范大学 2019
[3]碳/二硫化钼复合材料的制备及其储锂/储钠性能研究[D]. 马晓轩.哈尔滨工业大学 2018
[4]应用于锂/钠离子电池的钼基负极材料研究[D]. 周宇.中国科学技术大学 2018
[5]过渡金属二硫化物碱金属嵌入过程的原位透射电镜研究[D]. 黄前明.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
[6]细菌纤维素为基体合成Mo,Co,Cu基材料及其电化学性能研究[D]. 熊启中.中国科学技术大学 2018
[7]功能化碳纳米纤维材料的宏量制备及其性能研究[D]. 吴振禹.中国科学技术大学 2016
[8]新型MoS2基纳米复合材料的形貌调控及摩擦学性能[D]. 唐国钢.江苏大学 2016
[9]一维氧化钼纳米材料的合成、表征及其气敏和光敏性能[D]. 陈松.北京化工大学 2015
[10]锂/钠离子电池负极材料的制备和性能表征[D]. 王佳庆.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]高性能储能电池负极材料的制备及性能研究[D]. 张美娜.吉林大学 2018
[2]二维层状材料作为钾离子电池电极材料的研究[D]. 邹剑.电子科技大学 2018
[3]钛基钠离子电池负极材料制备与性能研究[D]. 胡彬.上海交通大学 2014
[4]二硫化钼/石墨烯催化剂的制备、表征及其羰基硫加氢性能研究[D]. 刘宁.大连理工大学 2013
[5]锂硫电池硫/碳复合正极材料的制备及其电化学性能[D]. 崔晓兰.天津大学 2013
[6]锂/钠离子电池锡基负极的研究[D]. 李剑文.电子科技大学 2013
[7]细菌纤维素基一维碳材料的水热合成及初步应用研究[D]. 褚云.南京理工大学 2013
[8]钼化物与聚合物的加合作用及其表现[D]. 王莽.中国科学技术大学 2011
本文编号：3286461
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)锂资源需求增量
均具有丰富的储量，其储量丰富度高于锂资源4-5个数量级，而价格却不到锂金属的十分之一[22-23]。最重要的是，作为元素周期表中同族元素，它们的化学性质很相似，因此普遍认为钠可以被应用于类似的电池系统[24-26]。在20世纪70-80年代，钠离子和锂离子电极都被研究过，但是锂离子电池因为拥有更高的能量密度使其更适用于小型且便携式电子设备，所以可充电电池的研究工作从那时起就主要集中在锂离子电池上[27-30]。近年来，由于全球对锂资源储量的担忧，研究者们开始重新聚焦在钠离子电池（SIBs）上。图1-1.(a)锂资源需求增量图.(b)几种金属资源储量[14].Figure1-1.(a)Shortageoffuturelithiumsupply.(b)ElementalabundanceintheEarth’scrust[14].
料晶粒的输送势垒明显增加，而沿边界的动力扩散也极受到极大阻碍，有研究表明钠离子的传输阻滞率约为锂离子的20倍[37,38]。除了使得脱嵌速率受到显著阻滞，另一方面，因为较大的离子半径，钠离子对负极材料晶格的嵌入会使得其经受更大的体积膨胀（在直径方向上比锂离子高150%）[39,40]，钠离子脱出过程则会使负极材料面临更强烈的压应力的变化，如此反复循环，会使得负极材料的晶体结构发生坍塌，嵌钠通道丧失，进而造成电池体系容量的巨大损失[41]。而且因为钠还比锂的氧化还原电位高0.3V，导致SIBs能量密度略低于LIBs。图1-2.“摇椅式”钠离子电池充电/放电过程示意图[40].Figure1-2.Schematicofthecharge/dischargeprocessesofrocking-chairbasedSIBs[40].
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂的石墨烯作为钠离子电池负极材料的第一性原理研究[J]. 姚利花. 原子与分子物理学报. 2019(02)
[2]静电纺丝在钠离子电池中的应用研究进展[J]. 王玲,杨国锐,王嘉楠,王思岚,彭生杰,延卫. 化学学报. 2018(09)
[3]具有高电化学性能WS2纳米片嵌石墨化纳米碳管材料（WS2@G）用于锂离子或钠离子电池储能领域研究（英文）[J]. 孔德斌,邱雄鹰,王斌,肖志昌,张兴豪,郭瑞莹,高扬,杨全红,智林杰. Science China Materials. 2018(05)
[4]钠离子电池合金类负极材料的研究进展[J]. 刘创,卢海燕,曹余良. 中国材料进展. 2017(10)
[5]钠离子电池负极P/SnSb/C复合材料的性能[J]. 郭庆,汝强,陈晓秋,侯贤华. 电池. 2016(04)
[6]钒氧化物纳米材料在钠离子电池中的应用[J]. 魏湫龙,蒋周阳,谭双双,李启东,麦立强. 硅酸盐学报. 2016(05)
[7]多孔碳纳米片的合成及在钠离子电池中的应用[J]. 张京飞,陆静,杨晓宇,黄韵迪,徐林,孙冬梅,唐亚文. 电化学. 2015(06)
[8]点缺陷对单层MoS2电子结构及光学性质的影响研究[J]. 范梦慧,谢泉,蔡勋明,岑伟富,骆最芬,郭笑天,闫万珺. 原子与分子物理学报. 2015(03)
[9]硬炭作为钠离子电池炭负极材料的研究[J]. 宋怡楠,马志广,王静,时志强. 电源技术. 2015(06)
[10]还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能[J]. 许婧,杨德志,廖小珍,何雨石,马紫峰. 物理化学学报. 2015(05)
博士论文
[1]二维MoS2光电性能的缺陷调控研究[D]. 张先坤.北京科技大学 2019
[2]基于层状MoS2及MoSe2复合材料的制备和应用研究[D]. 雷祥.华东师范大学 2019
[3]碳/二硫化钼复合材料的制备及其储锂/储钠性能研究[D]. 马晓轩.哈尔滨工业大学 2018
[4]应用于锂/钠离子电池的钼基负极材料研究[D]. 周宇.中国科学技术大学 2018
[5]过渡金属二硫化物碱金属嵌入过程的原位透射电镜研究[D]. 黄前明.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
[6]细菌纤维素为基体合成Mo,Co,Cu基材料及其电化学性能研究[D]. 熊启中.中国科学技术大学 2018
[7]功能化碳纳米纤维材料的宏量制备及其性能研究[D]. 吴振禹.中国科学技术大学 2016
[8]新型MoS2基纳米复合材料的形貌调控及摩擦学性能[D]. 唐国钢.江苏大学 2016
[9]一维氧化钼纳米材料的合成、表征及其气敏和光敏性能[D]. 陈松.北京化工大学 2015
[10]锂/钠离子电池负极材料的制备和性能表征[D]. 王佳庆.中国科学技术大学 2015
硕士论文
[1]高性能储能电池负极材料的制备及性能研究[D]. 张美娜.吉林大学 2018
[2]二维层状材料作为钾离子电池电极材料的研究[D]. 邹剑.电子科技大学 2018
[3]钛基钠离子电池负极材料制备与性能研究[D]. 胡彬.上海交通大学 2014
[4]二硫化钼/石墨烯催化剂的制备、表征及其羰基硫加氢性能研究[D]. 刘宁.大连理工大学 2013
[5]锂硫电池硫/碳复合正极材料的制备及其电化学性能[D]. 崔晓兰.天津大学 2013
[6]锂/钠离子电池锡基负极的研究[D]. 李剑文.电子科技大学 2013
[7]细菌纤维素基一维碳材料的水热合成及初步应用研究[D]. 褚云.南京理工大学 2013
[8]钼化物与聚合物的加合作用及其表现[D]. 王莽.中国科学技术大学 2011
本文编号：3286461
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