多孔碳限域金属硫化物的制备及其储锂/钠性能研究

发布时间：2021-01-13 07:44

　　由于锂离子电池具有能量密度高和循环寿命长等优点,被广泛应用于电动汽车和便携式设备中。然而,作为锂离子电池的负极材料,石墨电极拥有低的容量,已无法满足日益增长的需求,严重限制了锂离子电池的大规模应用。因此,研发电化学性能优异的新型电极材料尤为重要。此外,由于地壳中锂资源有限和价格昂贵等问题,极大地限制了其在大规模储能系统中的应用。鉴于此,钠资源在地壳中的储量丰富,且具有相似储能机制的钠离子电池,从而被认为是锂离子电池的重要补充,极具发展前景。然而,由于钠离子较大的半径和较差的反应动力学,使得适合钠离子稳定脱出和嵌入的电极材料很少。因此,开发能够快速、稳定储锂/钠的高比容量电极材料是目前亟待解决的问题。过渡金属硫化物（例如FeS,CoS,MoS₂等）具有较高的理论容量、较弱的金属-硫键、以及合适的氧化还原电位,作为锂/钠离子电池负极材料备受关注。然而,过渡金属硫化物导电性较差,且在离子脱出/嵌入的过程中出现大的体积变化和缓慢的扩散速率导致容量的快速衰减和差的倍率性能,严重制约了其在电化学储能领域的应用。本论文针对过渡金属硫化物存在的问题,通过制备过渡金属硫化物和碳的复... 

【文章来源】：西北师范大学甘肃省

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

部分储能装置的发展[10]。

在1977年,Armand提出“摇椅式”概念[24],锂离子电池形象地被称为“摇椅式电池”。相比于基于“氧化-还原反应”机理的普通电池,锂离子电池中引入了“电化学嵌入/脱嵌”反应。以正极材料为LiCoO2,负极材料为石墨烯的锂离子电池为例,图1.4所示为锂离子电池的充放电示意图,锂离子电池简单来说即所谓的“浓差电池”[25]。电池充电时,当有外加电流通过时,锂离子从正极(Li1-xCoO2)脱出,经过电解液(LiPF6)移动到负极材料,以LixC6的形式滞留,电能转化为化学能[26-27]。当电池放电时,这些离子回到正极,通过产生的外部电流释放储存的化学能。锂离子通过导电介质在两个电极之间的来回移动,从而实现电能和化学能之间的可逆的转换。1.3 锂离子电池的负极材料

锂离子电池的电化学性能在很大程度上取决于活性电极材料[28]。活性材料需要高的可逆性、大的容量、好的可塑性结构以及好的稳定性等特点。现已商业化的石墨烯材料与锂形成的化合物的计量数为6(LiC6)[29],且锂离子在石墨烯负极材料中的传输速率始终小于10-6cm2s-1,导致低的比容量(372 mAh g-1)、较小的能量/功率密度。因此,为了提高锂离子电池的能量/功率密度,需要寻找容量更大、锂离子扩散速率更高的负极材料来代替石墨烯材料(如图1.5所示)[30]。不同的负极材料所对应的理论质量和体积比容量。经过研究,传统上而言,锂在电极中的存储反应可以分为三种机制,即插入类(嵌入类)、合金类和转换类(图1.6所示)[31]。其中插入类(代表物为石墨、钛酸锂、以及氧化钛等为基底的电极材料)通过锂离子扩散到层状结构的负极材料的空隙中,形成类似三明治的结构。该类型的材料有良好的循环能力,但表现出相对较低的比容量[32]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池储能系统的研究进展[J]. 陈锦攀,陈春晓,胡志刚.  电池. 2019(01)
[2]钠离子电池正极材料NaNi1/3Co1/3Mn1/3O2高压衰减机理（英文）[J]. 王勇,刘雯,郭瑞,罗英,李永,裴海娟,解晶莹.  无机化学学报. 2018(04)
[3]Nanostructured transition metal nitride composites as energy storage material[J]. YUE YanHua,HAN PengXian,DONG ShanMu,ZHANG KeJun,ZHANG ChuanJian,SHANG ChaoQun & CUI GuangLei Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266101,China.  Chinese Science Bulletin. 2012(32)



本文编号：2974502