T相五氧化二铌钠离子电池负极材料的制备改性及其电化学性能研究

发布时间：2020-04-09 18:48

【摘要】：锂离子电池因能量密度高、自放电低、使用寿命长、无记忆效应等优点已经被应用于便携电子产品及电动汽车上,但锂元素在地球上有限的含量及分布的不均匀限制了它的应用。钠与锂具有相似的物理化学性质,且储存量丰富,因此钠离子电池可以成为锂离子电池的理想取代品。然而,钠离子的离子半径(1.02?)远大于锂离子的半径(0.76?),因此适宜做锂离子电池负极材料的材料不一定适用于钠离子电池。负极材料作为电池的重要组成部分,发展性能优异的钠离子电池负极材料对于钠离子电池的发展至关重要。合金及转换型材料充放电过程中,因体积变化大导致材料结构坍塌,限制其应用,而嵌入型电池负极材料具有突出的结构的稳定性有望实现商业化。本论文首先采用简单的两步法合成了T-Nb_2O_5@CNTs复合材料,碳纳米管的加入在改善材料的导电性的同时,有效的减小了T-Nb_2O_5纳米颗粒的粒径,缩短了钠离子的扩散距离,从而提高T-Nb_2O_5@CNTs复合材料的电化学性能。在0.05 A g~(-1)、3.0A g~(-1)比容量分别可以达到205.2 mAh g~(-1)、110.6 mAh g~(-1),明显高于T-Nb_2O_5的倍率性能(190.3 mAh g~(-1)、27.8 mAh g~(-1)在0.05 A g~(-1)、3.0 A g~(-1));T-Nb_2O_5@CNTs复合材料在0.5 A g~(-1)循环500圈后,复合材料的容量为98 mAh g~(-1),容量保持率为57%。T-Nb_2O_5@CNTs复合材料突出的电化学性能归因于T-Nb_2O_5结构中存在2D通道,使得钠离子在重复嵌入/脱出过程中保持结构的稳定以及碳纳米管的优异导电性。在第三章的基础上,以红磷作为磷源,通过两步法合成了PNb_9O_(25)@CNTs复合材料。PNb_9O_(25)是由部分剪切结构的NbO_6八面体与PO_4四面体构成。PNb_9O_(25)中存在type-III和Type-IV空穴,这有利于离子的快速传输。PNb_9O_(25)@CNTs在0.05 A g~(-1)下,其首圈库伦效率为83%,且在0.05 A g~(-1)、0.1 A g~(-1)、3.0 A g~(-1)、5.0 A g~(-1)容量分别为283.1 mAh g~(-1)、252.4 mAh g~(-1)、125.4 mAh g~(-1)、111.2 mAh g~(-1),当回到0.05 A g~(-1)后,比容量可以达到220.9 mAh g~(-1),容量保持率为78%。同时,复合材料PNb_9O_(25)@CNTs具有突出的循环稳定性,在0.5 A g~(-1)下循环500圈,容量仍然可以保持在85 mAh g~(-1),明显高于PNb_9O_(25)的53.5 mAh g~(-1)。
【图文】：

电池与钠离子电池随着时间的变化所发表刊物的数量结构及工作原理由正极材料、负极材料、钠离子电解液、隔膜以池正极材料，人们一般选择一些具有较高电势、钠离子电池的正极材料。钠离子电池正极材料[11-15]、具有隧道结构的氧化物[16-19]、三维聚阴离时按照材料性质的不同，可以将钠离子电池负极主要包括无定形碳和石墨烯基材料[31-37]；（2）e 及 Sb 等）[38-42]；（3）过渡金属氧化物和硫化Nb2O9）[56]。膜一般使用玻璃纤维隔膜，隔膜因厚度和孔隙的 whatman 玻璃纤维隔膜的型号可以分为：GF

燕山大学工学硕士学位论文具有不同结晶度的层状金属氧化物。根据 Delmas 教授的3、P3、P2 等，其中 O 代表钠离子在层状金属氧化物中所（Octahedral）；P 代表钠离子在层状金属氧化物中是处代表最小氧原子层的密堆积重复周期是 2 或 3[65-67]。当层子电池负极材料，因结构中存在二维离子通道，这些通道，可以储存大量的钠离子。因此，作为钠离子电池正极材有较高的能量密度。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912;TB33

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本文编号：2621131