NASICON结构电极材料的功能化设计与性质研究

发布时间：2021-01-18 15:51

　　钠离子电池因其资源丰富、成本低廉、且与锂电池具有相似的工作原理等优势,在规模储能领域展现出巨大的应用前景。但是,相较于锂离子,钠离子半径更大,在主体晶格中嵌入脱出过程中受到的晶格斥力更大,从而导致目前报道的钠电池电极材料的储能属性还远未达到商业化的要求。因此,开发性能优越的钠电用关键电极材料迫在眉睫。在众多备选材料中,具有NASICON结构的系列化合物以其稳定的三维结构框架、高的离子电导率和出色的分子调变性而备受关注。本论文以NASICON材料为研究对象,针对材料可逆比容量低、循环寿命短、倍率性能差等问题,从分子式的功能化设计出发,利用材料晶体结构的兼容性,设计合成了多种新型电极材料;采用多尺度研究方法,解析了NASICON材料的储钠机理;并通过纳米化、表/界面性质优化等措施有效地提升了电化学储钠性能。首先,我们在国际上率先研究了Na3V2（PO4）3/C复合材料在3-0.01V电压区间的电化学储钠性质。利用钒的多价态变化优势,大幅度提高了材料放电可逆比容量至170 m A h g-1。其次,我们将这一研究思路扩展到Na Ti2（PO4）3研究中。在获得更高比容量的同时,发现材料中四价... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：186 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

[NaxMO2

钠电位和优异的结构稳定性[19-21]。作为钠离子的受体，负极材料需要具有较钠离子嵌入位点以及适宜的嵌钠电位[22-24]。在电极的制备过程中，通常加入助剂和集流体以进一步提高材料的导电性，并通过粘结剂将电极材料与集流接在一起。因此，在某种程度上，导电助剂、粘结剂、集流体的选择也对材电化学性能有较大的影响。此外，作为钠离子的传导媒介，电解液的选取同大程度的影响着电池的性能。在对电解液进行选取时，需要考虑电解液的钠导电率、粘度、电化学稳定性、热稳定性、电压窗口等因素[25-27]。目前，常钠离子电解液分为以 NaClO4溶于碳酸亚乙酯（EC）和碳酸丙烯酯（PC）混液为代表的酯基电解液和以 NaSO3CF3溶于二甲醇二甲醚（DME）为代表的电解液两大类。为防止正负电极因为接触而造成电池短路，需要使用隔膜将分隔开。隔膜的选取需要满足钠离子导通、电子不导通的原则。目前，钠离池主要采用玻璃纤维滤纸作为隔膜。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Energy storage through intercalation reactions: electrodes for rechargeable batteries[J]. Robert C.Massé,Chaofeng Liu,Yanwei Li,Liqiang Mai,Guozhong Cao.  National Science Review. 2017(01)
[2]Brief overview of electrochemical potential in lithium ion batteries[J]. 高健,施思齐,李泓.  Chinese Physics B. 2016(01)



本文编号：2985217