锂/钠/钾离子电池磷化物负极材料的设计与电化学性能
发布时间：2023-03-29 05:35
锂离子电池由于具有能量转化率高、能量密度大、环境污染小等优点,在便携式设备上得到了广泛的应用。但是,作为锂离子电池常用负极材料的石墨因为理论比容量小等缺陷,越来越难满足作为动力电源的能量需求。因此开发在大电流密度下放电比容量高,循环稳定性好的负极材料具有十分重要的意义。同时,发展钠/钾离子电池储能系统作为技术储备也十分重要。磷作为锂/钠/钾离子电池的负极材料成本较低且理论容量高达2596 mA h g-1,潜力巨大。本文针对磷负极材料电导率差和在充放电过程中体积变化率大而造成的循环稳定性和倍率性能差的缺点,以提升磷负极材料的电池化学性能为目标,将磷与其他电导率高的元素结合,形成磷化物,并且通过设计和调控纳米结构来获得可逆容量高、循环寿命长、高倍率充/放电性能好的储锂/钠/钾离子电池负极复合体系,以期为工业化应用奠定基础。主要内容如下:首先,设计和合成了一种具有纳米棒状结构的磷化铁/掺磷介孔碳材料。创制过程分成三步:即以氯化铁和植酸(提供磷源和碳源)进行加热搅拌络合,得到络合物,随后把得到的络合物用管式炉高温加热使其碳化,得到Fe2P...
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂/钠/钾离子电池简介
1.2.1 锂离子电池简介
1.2.2 钠离子电池简介
1.2.3 钾离子电池简介
1.3 锂/钠/钾离子电池的优势以及劣势分析
1.3.1 锂离子电池的优劣势分析
1.3.2 钠离子电池的优劣势分析
1.3.3 钾离子电池的优劣势分析
1.4 锂/钠/钾离子电池的负极材料概况
1.4.1 锂/钠/钾离子电池负极材料设计要求
1.4.2 锂离子电池的负极材料的概述
1.4.2.1 锂离子电池碳基负极材料
1.4.2.2 合金负极材料
1.4.2.3 过渡金属氧化物负极材料
1.4.3 钠离子电池的负极材料概述
1.4.3.1 钠离子电池碳基负极材料
1.4.3.2 钠离子电池合金负极材料
1.4.3.3 钠离子电池金属氧化物负极材料
1.4.3.4 钠离子电池金属硫化物负极材料
1.4.4 钾离子电池的负极材料的概述
1.4.4.1 钾离子电池碳基负极材料
1.4.4.2 钾离子电池非碳基负极材料
1.5 磷化物作为锂/钠/钾离子电池负极材料的研究进展
1.5.1 磷化物作为锂离子电池负极材料的研究进展
1.5.2 磷基化合物作为钠离子电池负极材料的研究进展
1.5.3 磷化物作为钾离子电池负极材料的研究进展
1.6 本文研究的目的、意义和主要内容
第二章 实验设计与方法
2.1 主要仪器设备和材料
2.1.1 主要仪器设备
2.1.2 实验材料及化学试剂
2.2 材料理化性质表征
2.2.1 扫描电子显微镜
2.2.2 场发射透射电子显微镜
2.2.3 X射线粉末衍射
2.2.4 X射线光电子能谱
2.2.5 热重分析
2.2.6 BET比表面积测试
2.2.7 拉曼光谱分析
2.3 等离子体辅助球磨机理
第三章 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的制备及其储锂性能
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的制备
3.2.2 电池的制备及性能测试
3.2.3 材料表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 磷化铁还原条件探索
3.3.2 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的形貌结构表征
3.3.3 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的储锂性能
3.3.4 全电池性能测试
3.3.5 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的储钠性能
3.4 本章小结
第四章 等离子体辅助球磨制备硒-磷-碳复合材料的储锂、储钠性能
4.1 引言
4.2 SE-P-C材料的制备与表征
4.2.1 Se-P-C复合材料的制备
4.2.2 电池的制备
4.2.3 电化学测试
4.2.4 材料表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 Se-P-C复合材料的制备机理
4.3.2 不同球磨条件下制备的Se-P-C复合材料形貌与结构
4.3.3 Se-P-C复合材料的储锂性能
4.3.4 Se-P-C复合材料的储钠性能
5.4 本章小结
第五章 等离子体辅助球磨制备硒-磷-碳复合材料的储钾性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 电池的制备及使用设备
5.2.3 材料表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 Se-P-C复合材料的储钾性能
5.3.2 Se-2P/C@30h电极的循环失效机理分析
5.3.3 Se-P-C复合材料电极的充放电反应机理分析
5.4 本章小结
全文总结与工作展望
6.1 全文总结
6.2 创新性
6.3 全文展望
附录
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3774107
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂/钠/钾离子电池简介
1.2.1 锂离子电池简介
1.2.2 钠离子电池简介
1.2.3 钾离子电池简介
1.3 锂/钠/钾离子电池的优势以及劣势分析
1.3.1 锂离子电池的优劣势分析
1.3.2 钠离子电池的优劣势分析
1.3.3 钾离子电池的优劣势分析
1.4 锂/钠/钾离子电池的负极材料概况
1.4.1 锂/钠/钾离子电池负极材料设计要求
1.4.2 锂离子电池的负极材料的概述
1.4.2.1 锂离子电池碳基负极材料
1.4.2.2 合金负极材料
1.4.2.3 过渡金属氧化物负极材料
1.4.3 钠离子电池的负极材料概述
1.4.3.1 钠离子电池碳基负极材料
1.4.3.2 钠离子电池合金负极材料
1.4.3.3 钠离子电池金属氧化物负极材料
1.4.3.4 钠离子电池金属硫化物负极材料
1.4.4 钾离子电池的负极材料的概述
1.4.4.1 钾离子电池碳基负极材料
1.4.4.2 钾离子电池非碳基负极材料
1.5 磷化物作为锂/钠/钾离子电池负极材料的研究进展
1.5.1 磷化物作为锂离子电池负极材料的研究进展
1.5.2 磷基化合物作为钠离子电池负极材料的研究进展
1.5.3 磷化物作为钾离子电池负极材料的研究进展
1.6 本文研究的目的、意义和主要内容
第二章 实验设计与方法
2.1 主要仪器设备和材料
2.1.1 主要仪器设备
2.1.2 实验材料及化学试剂
2.2 材料理化性质表征
2.2.1 扫描电子显微镜
2.2.2 场发射透射电子显微镜
2.2.3 X射线粉末衍射
2.2.4 X射线光电子能谱
2.2.5 热重分析
2.2.6 BET比表面积测试
2.2.7 拉曼光谱分析
2.3 等离子体辅助球磨机理
第三章 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的制备及其储锂性能
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的制备
3.2.2 电池的制备及性能测试
3.2.3 材料表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 磷化铁还原条件探索
3.3.2 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的形貌结构表征
3.3.3 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的储锂性能
3.3.4 全电池性能测试
3.3.5 磷化铁纳米棒/掺磷介孔碳材料的储钠性能
3.4 本章小结
第四章 等离子体辅助球磨制备硒-磷-碳复合材料的储锂、储钠性能
4.1 引言
4.2 SE-P-C材料的制备与表征
4.2.1 Se-P-C复合材料的制备
4.2.2 电池的制备
4.2.3 电化学测试
4.2.4 材料表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 Se-P-C复合材料的制备机理
4.3.2 不同球磨条件下制备的Se-P-C复合材料形貌与结构
4.3.3 Se-P-C复合材料的储锂性能
4.3.4 Se-P-C复合材料的储钠性能
5.4 本章小结
第五章 等离子体辅助球磨制备硒-磷-碳复合材料的储钾性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 电池的制备及使用设备
5.2.3 材料表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 Se-P-C复合材料的储钾性能
5.3.2 Se-2P/C@30h电极的循环失效机理分析
5.3.3 Se-P-C复合材料电极的充放电反应机理分析
5.4 本章小结
全文总结与工作展望
6.1 全文总结
6.2 创新性
6.3 全文展望
附录
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3774107
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