微纳结构钛基负极材料的构筑及其储锂/钠性能研究
发布时间：2021-11-28 05:38
设计和研制储能优异、安全性好的负极材料已成为锂/钠离子电池技术快速发展的关键。大量的理论计算和实验探索表明,以Li4Ti5O12、NaTi2（P04）3为典型代表的钛基化合物具有资源丰富、充放电电压平台高而安全性好、循环稳定性好等优点,是一类极具潜力的锂/钠离子电池负极材料。然而,这类材料具有共同的缺点:（1）电子、离子输运性能差;（2）理论容量偏低。基于这些钛基材料构筑的锂/钠离子电池负极的能量密度、快充放电能力及长循环稳定性等不理想,难以满足实际应用的要求。因此,有必要探寻有效普适的策略,实现这些材料储能能力的增强调控,改善其作为锂/钠离子电池负极的综合性能。另一方面,传统电池负极一般是由活性材料通过添加导电与粘结剂后成浆涂于金属集流体上。粘结剂和金属集流体通常会对锂/钠离子电池的性能带来不可忽略的负面效应,不利于功率/能量密度的提高。因此,利用钛基材料构筑储锂/储钠性能优异的柔性、自支撑电极也引起了研究者的广泛关注。本文以Li4Ti5O12和NaTi2（PO4）3为研究对象,期望通过纳米结构调控、复合材料设计、表面修饰及其组合策略提高材料的储能能力,发展自组装方法制备高性能柔性、...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１四种类型锂离子／钠离子电池结构图［２６Ｉ（ａ）圆柱形电池；（ｂ）棱柱形电池；（ｃ）纽??扣电池；（ｄ）扁平型??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ａｌｋａｌｉ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ，?（ａ）?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ；??ｂｒｉｓｍａｔｉｃｃｃｏｉｎｄｔｈｉｎ?ａｎｄ?ｆｌａｔ．??
?１．?２．?２锂／钠离子电池的工作原理和结构特点??如图１．１所示，锂／钠离子电池的结构组成类似，主要包括正极材料、负极材??料、电解液隔膜和外壳。??Ｉ???????????ｉ??ｉ?（ａ）?Ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｉｏｃｔｒｏｌｙｔｅ?（ｂ）??ｆｔ?＾??Ｓｅｐｙａｔｏｒ———＾?????ｓ?上；??！?〇?Ｔ?＂??Ｉ?Ｉ：?Ｃｏｌｔ?ｃａｈ??｜?－－?丨?Ｉ??Ｓｅｐａｒａｔｏｒ??｜?（Ｃ）?Ａｌ?Ｍｅｓｈ??ＬｉＱＵｉｄ?（ｄ）?＾＊＾，＞ＩＳ；，Ｃ?９＞９ＣＵ〇ｄ０??＇ｒ：－?…??ｉ?？?’暖之ｉ??！?Ｊ－￣￣Ｊ７ｖ?一??Ｃｅｌｔ?ｃａｎ??图１．１四种类型锂离子／钠离子电池结构图［２６Ｉ（ａ）圆柱形电池；（ｂ）棱柱形电池；（ｃ）纽??扣电池；（ｄ）扁平型??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ａｌｋａｌｉ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ，?（ａ）?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ；??（ｂ）?ｐｒｉｓｍａｔｉｃ；?（ｃ）?ｃｏｉｎ；?（ｄ）?ｔｈｉｎ?ａｎｄ?ｆｌａｔ．??以锂离子电池为例简要说明各个组成部分的特点。其中负极材料主要特点是??电势接近于锂的电势（－３．４?Ｖ），而且有非常好脱／嵌锂性能的材料，比如：碳材??料（商业化的锂离子电池负极材料为石墨）、硅基材料、金属氧化物、金属硫化??物等其它材料。正极材料主要是一些具有高的氧化电位、结构稳定且有很好脱嵌??锂的材料
为锂离子电池负极，展现出５４０?ｍＡｈ?ｆ的储锂性能［３７］。随后研宄表明通过相似??的元素掺杂（如：半径为０．６５的氮和０．８５的硼）改善还原氧化石墨烯的电子导??电性，可以进一步改善其能量密度和功率密度［３８］，如图１．３ａ所示。另一方面，??科研工作者通过模拟计算，发现还原氧化石墨烯相对于石墨具有更好的钠离子储??存性能［３９］；实验上，研究者通过５００摄氏度处理得到还原氧化石墨烯，作为钠离??子电池负极在０．１?Ａ?ｆ的电流密度下，展现出１４０?ｍＡｈ?ｆ的比容量除了石??墨烯，研究者对类石墨烯二维碳片的储锂／储钠性能也开展了大量的研宂，并发??现它们具有良好的电化学性能。例如Ｃａｏ等人［４１］通过石墨化天然蚕丝制备的碳??纳米片，在０．０１－３?Ｖ电压测试范围内，电流密度为０．１?Ａｆ１时，可逆容量可达到??１９１３?ｍＡｈ?ｆ?（图１．３ｂ所示）。不过石墨烯和二维碳片作为一类超薄二维材料，??易自堆叠和团聚
【参考文献】：
博士论文
[1]柔性锂（钠）硫电池和锂（钠）硒电池正极材料的制备及电化学性能研究[D]. 曾林超.中国科学技术大学 2016
[2]基于二氧化钛的纳米复合电极材料的设计合成及其电化学储锂/钠特性研究[D]. 陈朝吉.华中科技大学 2015
[3]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
[4]钛基氧化物锂离子电池负极材料的制备及电化学性能研究[D]. 乔芸.华中科技大学 2013
本文编号：3523814
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１四种类型锂离子／钠离子电池结构图［２６Ｉ（ａ）圆柱形电池；（ｂ）棱柱形电池；（ｃ）纽??扣电池；（ｄ）扁平型??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ａｌｋａｌｉ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ，?（ａ）?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ；??ｂｒｉｓｍａｔｉｃｃｃｏｉｎｄｔｈｉｎ?ａｎｄ?ｆｌａｔ．??
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为锂离子电池负极，展现出５４０?ｍＡｈ?ｆ的储锂性能［３７］。随后研宄表明通过相似??的元素掺杂（如：半径为０．６５的氮和０．８５的硼）改善还原氧化石墨烯的电子导??电性，可以进一步改善其能量密度和功率密度［３８］，如图１．３ａ所示。另一方面，??科研工作者通过模拟计算，发现还原氧化石墨烯相对于石墨具有更好的钠离子储??存性能［３９］；实验上，研究者通过５００摄氏度处理得到还原氧化石墨烯，作为钠离??子电池负极在０．１?Ａ?ｆ的电流密度下，展现出１４０?ｍＡｈ?ｆ的比容量除了石??墨烯，研究者对类石墨烯二维碳片的储锂／储钠性能也开展了大量的研宂，并发??现它们具有良好的电化学性能。例如Ｃａｏ等人［４１］通过石墨化天然蚕丝制备的碳??纳米片，在０．０１－３?Ｖ电压测试范围内，电流密度为０．１?Ａｆ１时，可逆容量可达到??１９１３?ｍＡｈ?ｆ?（图１．３ｂ所示）。不过石墨烯和二维碳片作为一类超薄二维材料，??易自堆叠和团聚
【参考文献】：
博士论文
[1]柔性锂（钠）硫电池和锂（钠）硒电池正极材料的制备及电化学性能研究[D]. 曾林超.中国科学技术大学 2016
[2]基于二氧化钛的纳米复合电极材料的设计合成及其电化学储锂/钠特性研究[D]. 陈朝吉.华中科技大学 2015
[3]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
[4]钛基氧化物锂离子电池负极材料的制备及电化学性能研究[D]. 乔芸.华中科技大学 2013
本文编号：3523814
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