高性能TiO 2 和红磷基钠/钾离子电池负极材料的制备及研究

发布时间：2021-01-06 23:37

　　TiO₂用作钠离子电池负极材料时,其较低的嵌钠电位和良好的结构稳定性而受到广泛的关注。红磷作为一种合金类负极材料,由于其高的理论比容量,使其在钠离/钾离子电池负极材料中表现出巨大的优势。但是这两类材料均具有电子电导低的缺点,因此,本论文通过一维结构设计,结合碳材料复合等策略提高材料的电子电导和缓解体积效应。第1章阐述了钠/钾离子电池的概况以及TiO₂和磷基负极的发展现状。第2章系统介绍了论文中用到的仪器、试剂及测试方法。第3章本章节结合静电纺丝和后续的Ar/NH₃处理,成功制备了氮掺杂介孔锐钛矿相TiO₂纳米纤维,获得优异的储钠性能:10 C具有110.07 mAh g-1的高可逆容量。优异的电化学性能归因于孔结构和Ti3+/氧空位,可缩短离子扩散路径,同时提高电子电导。第4章本章节结合静电纺丝及真空处理工艺,成功制备了富含氧空位的多通道多孔TiO₂纳米纤维,获得优异的储钠性能:在20 C 4500次循环后容量保持在93 mAh g-1。优异的长循环性能和倍率性能归因于氧空位、... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１钠离子电池充放电机理图ｗ??

?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??Ｓｏｄｉｕｍｎｏｎ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??图１．１钠离子电池充放电机理图ｗ??１．２．２钾离子电池的组成与工作原理??钾离子电池的充放电机理如图１．２所示，也基于碱金属离子在正负极之间的??脱嵌反应，正极以普鲁士蓝（Ｋ２ＦｅＣｏ（ＣＮ）６）为例，负极以磷烯为例［５］。??？?ｅ－?ｆ’ｌ?ｅ－??＋?＿???ｕ?——￣Ｉ－??Ｃｈａｒｇｅ?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?＿??ｆ?Ｋ２ＦｅＣｏ（ＣＮ）６?Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｎｅ?＾??Ｃａｔｈｏｄｅ?Ｓｅｐａｒａｔｏｒ?Ａｎｏｄｅ??图１．２钾离子电池充放电机理图??２??

当用作钠离子电池负极材料时，每摩尔磷可以可逆的结合３摩尔Ｎａ＋，形??成Ｎａ３Ｐ合金，表现出高达?２５９６?ｍＡｈｇ？１的理论比容量（Ｐ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｎ用作钠??离子电池负极材料的理论容量和合金化产物如图１．３ｂ所示）。此外，红磷的嵌??钠电位在０．５?Ｖ左右，可以有效的避免钠枝晶的形成。红磷用作钠离子电池负极??材料对于获得高能量密度钠离子电池具有非常大的应用潜力。但对于合金储钠类??负极材料，在充放电过程中，大量的Ｎａ＋反复的脱嵌将造成材料较大的体积膨胀??／收缩，导致材料内部较大的应力，最终致使电极材料的粉碎，造成循环过程中??容量的衰减。因此，为实现高比容量合金类钠离子电池负极材料的高比容量和长??循环寿命，必须要对材料进行理性的结构设计。??（ａ）?（％??Ｉ＊?Ａｎｏｄｅ?＾３０００１??２＇°?，一．．．．．．．．．卞．．．．．—ｒ???．?．．?５?Ｌｉ３Ｐ?Ｎａ，Ｐ?Ｋ，Ｐ?＿?ＬＩＢｓ??ｚ?雛?ＴＭ〇


本文编号：2961453