过渡金属（焦）磷酸钠在钠离子电池中的应用
发布时间：2020-12-11 20:10
随着社会的发展与进步,人类对能源的需求也日益增加,锂离子电池因具有较高的能量密度和功率密度而广泛应用于各种移动设备和电子产品中。然而锂资源短缺以及价格的上涨,严重阻碍了锂离子电池的进一步发展。因此开发出低成本、高性能的储能系统迫在眉睫。地壳中钠的含量（2.74%）远大于锂,钠的标准电极电势（-2.71 V）与锂的（-3.04 V）很接近,且钠离子电池的工作电压可控,因此成为锂离子电池的有力代替者之一。钠离子电池正极材料主要包括过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝及其类似物以及有机化合物。聚阴离子化合物因其独特的开放框架结构、优异的热稳定性、合成简单且成本低等特点成为钠离子电池正极的理想材料。而聚阴离子化合物自身导电性相对较差,实际应用受到一定的限制。因此,提高聚阴离子材料的导电性以及电化学性能成为时下研究热点。此外,许多关于钠离子电池的研究主要集中于钠离子半电池,而对于全电池的研究则相对较少,为了促进钠离子电池的产业化生产,加快钠离子电池从实验室走向实际应用的脚步,对钠离子全电池的研究也刻不容缓。基于此,本论文旨在通过低成本方法合成钠离子电池正极材料,并探究其在钠离子全电池上的应用...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
储能技术在生产生活中的应用锂离子电池(LIBs)作为目前高性能电池的代表早已成功商业化，应用于手机、笔记本电脑等电子产品，并逐步用于电动汽车等领域
第1章绪论31.78-2.2V，具有比能量高、充放电效率高、体积孝寿命长等优点，已成功应用于大规模电网储能，其电化学反应为：正极：2Na-2e-2Na+负极：xS+2Na++2e-Na2Sx(x=3~5)总反应：2Na+xSNa2Sx(x=3~5)图1.2高温Na-S电池结构示意图[11]继高温Na-S电池之后，1978年南非ZebraPowerSystem公司Dr.CoetyerJ发明了Zebra电池。该电池是基于Beta-氧化铝陶瓷电解质由Na-S电池发展而来的一类二次电池，常称为钠氯化物电池，研究最多的是Na-NiCl2电池。该电池正极为分散在NaAlCl4熔盐中的固态Ni和NiCl2，负极为液态金属钠，隔膜与固体电解质为Beta-氧化铝陶瓷，其结构如图1.3。Na-NiCl2电池的开路电压可达2.58V，工作温度范围在270-350℃，该电池的不仅拥有高的比能量(790Wh/kg)，且与高温Na-S电池相比具有更高的安全性能，有很强的耐过充与过放能力。充放电过程反应如下：负极：2Na-2e-2Na+正极：NiCl2+2Na++2e-Ni+2NaCl总反应：2Na+NiCl2Ni+2NaCl
西南大学硕士学位论文4图1.3高温Na-NiCl2电池结构示意图[12]尽管这两类电池具有高的比容量，且已在大规模储能领域应用多年，但依然存在许多问题。首先是其工作环境温度过高，增加了整个电池系统的安全隐患，而且对于温度的维持需要更高的技术水平。此外，Beta-氧化铝陶瓷等关键技术、复杂的制备工艺以及高昂的成本等问题都严重限制着这两类电池在大规模储能领域的进一步应用。鉴于此，研究者们又将目光转向室温钠离子电池，在提高电池的安全性能的同时又注重降低电池的生产成本。20世纪70年代，Whittingham等人报道了以TiS2为正极，锂金属为负极的锂电池，但由于在充放电过程中锂金属表面易生长锂枝晶，从而刺穿隔膜，造成安全隐患[13]。1980年Newman等人报道TiS2可用于室温钠离子电池[14]。随后，Armand等人首次提出“摇椅式电池”工作原理，可将负极的金属锂换为含锂化合物，成功解决了锂枝晶的问题[15]。在Goodenough等人研究了LiCoO2用于锂离子电池正极材料之后[16]，Delmas等人于1981年报道了可用于室温钠离子电池的NaxCoO2材料，其结构与LiCoO2相似[17]。自拥有372mAhg-1理论比容量的石墨负极被发现后，锂离子电池逐渐得到深入研究，并实现商业化生产。而钠离子电池却慢慢被淡忘。直至2000年，Stevens与Dahn首次报道了理论比容量为300mAhg-1的硬碳可用于钠离子电池负极之后，钠离子电池又受到广泛关注[18]。近些年来，关于钠离子电池的研究主要致力于正负极材料以及电解液，以实现容量高、寿命长以及优异的循环稳定性等要求，最终实现钠离子电池的产业化生产。1.2.2钠离子电池基本构成图1.4展现了CR2032型纽扣式钠离子电池的基本结构，主要由正极壳、集流体、正极材料、隔膜、电解液、负极材料、垫片、弹片和负
【参考文献】：
期刊论文
[1]NASICON-Structured NaTi2（PO4）3 for Sustainable Energy Storage[J]. Mingguang Wu,Wei Ni,Jin Hu,Jianmin Ma. Nano-Micro Letters. 2019(03)
博士论文
[1]聚阴离子电极材料的制备及其储钠行为研究[D]. 牛玉斌.西南大学 2017
本文编号：2911150
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
储能技术在生产生活中的应用锂离子电池(LIBs)作为目前高性能电池的代表早已成功商业化，应用于手机、笔记本电脑等电子产品，并逐步用于电动汽车等领域
第1章绪论31.78-2.2V，具有比能量高、充放电效率高、体积孝寿命长等优点，已成功应用于大规模电网储能，其电化学反应为：正极：2Na-2e-2Na+负极：xS+2Na++2e-Na2Sx(x=3~5)总反应：2Na+xSNa2Sx(x=3~5)图1.2高温Na-S电池结构示意图[11]继高温Na-S电池之后，1978年南非ZebraPowerSystem公司Dr.CoetyerJ发明了Zebra电池。该电池是基于Beta-氧化铝陶瓷电解质由Na-S电池发展而来的一类二次电池，常称为钠氯化物电池，研究最多的是Na-NiCl2电池。该电池正极为分散在NaAlCl4熔盐中的固态Ni和NiCl2，负极为液态金属钠，隔膜与固体电解质为Beta-氧化铝陶瓷，其结构如图1.3。Na-NiCl2电池的开路电压可达2.58V，工作温度范围在270-350℃，该电池的不仅拥有高的比能量(790Wh/kg)，且与高温Na-S电池相比具有更高的安全性能，有很强的耐过充与过放能力。充放电过程反应如下：负极：2Na-2e-2Na+正极：NiCl2+2Na++2e-Ni+2NaCl总反应：2Na+NiCl2Ni+2NaCl
西南大学硕士学位论文4图1.3高温Na-NiCl2电池结构示意图[12]尽管这两类电池具有高的比容量，且已在大规模储能领域应用多年，但依然存在许多问题。首先是其工作环境温度过高，增加了整个电池系统的安全隐患，而且对于温度的维持需要更高的技术水平。此外，Beta-氧化铝陶瓷等关键技术、复杂的制备工艺以及高昂的成本等问题都严重限制着这两类电池在大规模储能领域的进一步应用。鉴于此，研究者们又将目光转向室温钠离子电池，在提高电池的安全性能的同时又注重降低电池的生产成本。20世纪70年代，Whittingham等人报道了以TiS2为正极，锂金属为负极的锂电池，但由于在充放电过程中锂金属表面易生长锂枝晶，从而刺穿隔膜，造成安全隐患[13]。1980年Newman等人报道TiS2可用于室温钠离子电池[14]。随后，Armand等人首次提出“摇椅式电池”工作原理，可将负极的金属锂换为含锂化合物，成功解决了锂枝晶的问题[15]。在Goodenough等人研究了LiCoO2用于锂离子电池正极材料之后[16]，Delmas等人于1981年报道了可用于室温钠离子电池的NaxCoO2材料，其结构与LiCoO2相似[17]。自拥有372mAhg-1理论比容量的石墨负极被发现后，锂离子电池逐渐得到深入研究，并实现商业化生产。而钠离子电池却慢慢被淡忘。直至2000年，Stevens与Dahn首次报道了理论比容量为300mAhg-1的硬碳可用于钠离子电池负极之后，钠离子电池又受到广泛关注[18]。近些年来，关于钠离子电池的研究主要致力于正负极材料以及电解液，以实现容量高、寿命长以及优异的循环稳定性等要求，最终实现钠离子电池的产业化生产。1.2.2钠离子电池基本构成图1.4展现了CR2032型纽扣式钠离子电池的基本结构，主要由正极壳、集流体、正极材料、隔膜、电解液、负极材料、垫片、弹片和负
【参考文献】：
期刊论文
[1]NASICON-Structured NaTi2（PO4）3 for Sustainable Energy Storage[J]. Mingguang Wu,Wei Ni,Jin Hu,Jianmin Ma. Nano-Micro Letters. 2019(03)
博士论文
[1]聚阴离子电极材料的制备及其储钠行为研究[D]. 牛玉斌.西南大学 2017
本文编号：2911150
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