碳基复合材料的结构调控及其储钾机理研究

发布时间：2022-02-16 22:28

　　随着电动汽车产业的快速发展,受限于锂资源的低地壳储量（¹7 ppm）和高成本,锂离子电池已无法满足需求。因此,基于钾金属的高地壳储量（～15000 ppm）和相似的电化学性质,钾离子电池逐渐引起了研究者们的关注。本文立足于高性能钾离子电池电极材料的开发,从成本控制入手,主要研究碳基材料和碳基复合材料的制备及其微观结构与储钾表现之间的关系。本文主要研究内容如下:（1）采取“固相插层+液相膨胀”合成策略,成功实现了石墨材料的层面间距调控。所制备得到的FeC13@EG电极材料可在50mA g-#的电流密度下释放出269.5 mAh g-1的比容量,并可在高达5000 mA g-1的电流密度下释放出133.1 mAh g-1的比容量。同时,FeCl3@EG电极也表现出了非常稳定的循环性能。在50 mA g-1的电流密度下循环500圈以后仍能保持224.1 mAh g-1的比容量,对应着高达⁸8.82%容量保持率。此外,FeC13@EG电极在高电流密度下仍能保持良好的循环性能,在2000 mA g-1的电流密度下循环1300圈仍能保持⁷

【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 钾离子电池
        1.1.1 钾离子电池结构及工作原理
        1.1.2 钾离子电池电极材料研究进展
    1.2 碳基材料的结构调控
        1.2.1 层面间距与表面元素调控
        1.2.2 比表面积与孔隙结构调控
    1.3 碳基(复合)材料在储钾中的应用
        1.3.1 碳基材料在储钾中的应用
        1.3.2 碳基复合材料在储钾中的应用
    1.4 问题的提出
    1.5 研究内容与技术路线
    参考文献
第二章 实验材料及测试方法
    2.1 实验试剂及实验仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料的结构表征与性能测试
        2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.3 X-射线粉末衍射分析(XRD)
        2.2.4 X-射线光电子谱分析(XPS)
        2.2.5 比表面积及孔径分析
        2.2.6 激光共聚焦拉曼光谱(Raman)
        2.2.7 热重分析(TGA)
    2.3 电化学性能表征
        2.3.1 钾离子电池电极制备与电池装配
        2.3.2 循环伏安测试(CV)
        2.3.3 电化学交流阻抗测试(EIS)
        2.3.4 恒电流充放电测试(GCD)
        2.3.5 恒电流间歇滴定法(GITT)
    2.4 第一性原理计算(DFT)
第三章 石墨的层间距调控及储钾行为研究
    3.1 引言
    3.2 材料合成
    3.3 结果分析与讨论
        3.3.1 三氯化铁插层膨胀石墨的形貌和结构物相分析
        3.3.2 三氯化铁插层膨胀石墨的储钾性能分析
        3.3.3 三氯化铁插层膨胀石墨的储钾机理研究
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 原位自模板法制备氮掺杂多孔碳及储钾应用
    4.1 引言
    4.2 材料合成
    4.3 结果分析与讨论
        4.3.1 多孔碳/氮掺杂多孔碳的表面形貌分析
        4.3.2 多孔碳/氮掺杂多孔碳的物相结构分析
        4.3.3 多孔碳/氮掺杂多孔碳的储钾性能分析
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 原位自模板法制备锡基复合材料及其储钾应用
    5.1 引言
    5.2 材料合成
    5.3 介孔碳支撑磷化锡的制备及其储钾性能分析
        5.3.1 介孔碳支撑磷化锡的表面形貌和结构物相分析
        5.3.2 介孔碳支撑磷化锡的储钾性能分析
        5.3.3 介孔碳支撑磷化锡的储钾机理探究
    5.4 石墨烯表面限域二硫化锡的制备及储钾性能分析
        5.4.1 石墨烯表面限域二硫化锡的形貌和物相结构分析
        5.4.2 石墨烯表面限域二硫化锡的储钾性能分析
        5.4.3 石墨烯表面限域二硫化锡的储钾机理探究
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 碳基(复合)材料的储钾机理研究
    6.1 碳基材料的储钾行为研究
    6.2 碳基材料的扩散行为储钾与微观结构的关系
    6.3 碳基材料的电容行为储钾与微观结构的关系
    6.4 碳基材料中的钾离子扩散动力学探究
    6.5 碳基复合材料的钾离子扩散动力学探究
    6.6 本章小结
    参考文献
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
致谢
作者简介
攻读博士学位期间的获奖情况
攻读博士学位期间参加学术会议情况
攻读博士学位期间发表的学术论文
附件1
附件2
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子二次电池电极材料的研究进展[J]. 陈军,陶占良,袁华堂.  电源技术. 2007(12)
[2]FeCl3-GIC的结构稳定性与热稳定性研究[J]. 刘洪波,肖谷雨,苏玉长,张红波.  新型炭材料. 2000(01)



本文编号：3628775