具有锡基保护层的铜集流体用于钠金属电池负极
发布时间：2021-04-25 08:27
近年来锂离子电池的发展和应用迅速。由于锂资源有限,锂电池组件材料的价格逐渐上涨,将会限制锂离子电池的大规模应用。钠电池由于钠元素在自然界中的广泛分布引起了人们的关注。金属钠与其他钠电池负极相比,有着电化学电势低、理论比容量高、自然丰度高等优点,是钠电池最具潜力的负极之一。然而,由于不稳定的固体电解质界面膜（solid electrolyte interface,或SEI）引起的钠离子通量不均匀,往往会导致苔藓状或枝晶状的钠形成,从而导致电池库仑效率低下,存在安全隐患。本文旨在抑制枝晶状金属钠的形成,并提高电池循环的稳定性和安全性,研究了具有锡基保护层的铜集流体对钠金属电池负极的性能影响。本文采用简单的刮刀涂覆的方式,在商业铜箔上制备了一种由PVDF和Sn纳米颗粒组成的人工保护层（简称PSN@Cu集流体）。PSN保护层中的柔性PVDF基体可以适应集流体表面的体积变化。而亲钠的锡纳米颗粒可以显著降低有利于钠均匀成核的过电势,为钠的沉积/溶解行为提供较高的离子导电性,并增加保护层的机械模量,从而防止钠枝晶的生长。本文首先对不同比例的PSN@Cu集流体进行筛选,找出最佳的Sn和PVDF比例为4...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外钠金属负极材料的研究现状
1.2.1 钠枝晶形成和生长机理的研究
1.2.2 电解液改性对SEI膜的影响
1.2.3 人工合成SEI膜的表面改性
1.2.4 钠金属负极结构的设计与改性
1.2.5 钠金属负极改性的其他策略
1.3 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
2.1 实验材料与试剂
2.2 实验仪器与设备
2.3 电极制备与电池组装
2.3.1 PSN@Cu集流体的制备
2.3.2 PVDF@Cu集流体的制备
2.3.3 FeS2 正极的制备
2.3.4 电池组装
2.4 复合集流体的物理性能测试与表征
2.4.1 X射线衍射测试
2.4.2 扫描电子显微镜测试
2.4.3 能量色散X射线谱测试
2.4.4 X射线光电子能谱测试
2.4.5 纳米压痕测试
2.5 复合集流体的电化学性能测试与表征
2.5.1 电池的电压稳定性测试
2.5.2 电池的库伦效率测试
2.5.3 全电池的性能测试
2.5.4 电化学阻抗测试
第3章 PSN@Cu复合集流体的筛选与物理性质的表征
3.1 引言
3.2 不同比例PSN@Cu集流体的研究与筛选
3.2.1 不同比例PSN@Cu集流体光学与SEM的表征
3.2.2 不同比例PSN@Cu集流体X射线衍射的表征
3.2.3 不同比例PSN@Cu集流体电池性能的表征
3.3 复合集流体物理性质的表征与对比
3.3.1 复合集流体光学、SEM和 EDX的表征
3.3.2 复合集流体XRD的表征
3.3.3 复合集流体表面XPS的表征
3.3.4 复合集流体力学性能的表征
3.4 本章小结
第4章 PSN@Cu集流体用于钠金属电池负极的研究
4.1 引言
4.2 复合集流体电化学性能的研究
4.2.1 复合集流体库伦效率性能的研究
4.2.2 复合集流体电压稳定性能的研究
4.2.3 复合集流体电化学阻抗的研究
4.3 复合集流体在全电池中的应用
4.4 本章小结
第5章 PSN@Cu集流体钠沉积行为的机理研究与分析
5.1 引言
5.2 复合集流体成核过电势的研究
5.3 复合集流体钠锡合金化的研究
5.4 复合集流体NA+扩散系数的研究
5.5 复合集流体钠沉积后表面形貌的研究
5.5.1 复合集流体首次钠沉积后表面形貌的研究
5.5.2 复合集流体电池循环后表面形貌的研究
5.6 复合集流体表面SEI成分的研究
5.6.1 Cu集流体表面SEI成分的研究
5.6.2 PSN@Cu集流体表面SEI成分的研究
5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
本文编号：3159057
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外钠金属负极材料的研究现状
1.2.1 钠枝晶形成和生长机理的研究
1.2.2 电解液改性对SEI膜的影响
1.2.3 人工合成SEI膜的表面改性
1.2.4 钠金属负极结构的设计与改性
1.2.5 钠金属负极改性的其他策略
1.3 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
2.1 实验材料与试剂
2.2 实验仪器与设备
2.3 电极制备与电池组装
2.3.1 PSN@Cu集流体的制备
2.3.2 PVDF@Cu集流体的制备
2.3.3 FeS2 正极的制备
2.3.4 电池组装
2.4 复合集流体的物理性能测试与表征
2.4.1 X射线衍射测试
2.4.2 扫描电子显微镜测试
2.4.3 能量色散X射线谱测试
2.4.4 X射线光电子能谱测试
2.4.5 纳米压痕测试
2.5 复合集流体的电化学性能测试与表征
2.5.1 电池的电压稳定性测试
2.5.2 电池的库伦效率测试
2.5.3 全电池的性能测试
2.5.4 电化学阻抗测试
第3章 PSN@Cu复合集流体的筛选与物理性质的表征
3.1 引言
3.2 不同比例PSN@Cu集流体的研究与筛选
3.2.1 不同比例PSN@Cu集流体光学与SEM的表征
3.2.2 不同比例PSN@Cu集流体X射线衍射的表征
3.2.3 不同比例PSN@Cu集流体电池性能的表征
3.3 复合集流体物理性质的表征与对比
3.3.1 复合集流体光学、SEM和 EDX的表征
3.3.2 复合集流体XRD的表征
3.3.3 复合集流体表面XPS的表征
3.3.4 复合集流体力学性能的表征
3.4 本章小结
第4章 PSN@Cu集流体用于钠金属电池负极的研究
4.1 引言
4.2 复合集流体电化学性能的研究
4.2.1 复合集流体库伦效率性能的研究
4.2.2 复合集流体电压稳定性能的研究
4.2.3 复合集流体电化学阻抗的研究
4.3 复合集流体在全电池中的应用
4.4 本章小结
第5章 PSN@Cu集流体钠沉积行为的机理研究与分析
5.1 引言
5.2 复合集流体成核过电势的研究
5.3 复合集流体钠锡合金化的研究
5.4 复合集流体NA+扩散系数的研究
5.5 复合集流体钠沉积后表面形貌的研究
5.5.1 复合集流体首次钠沉积后表面形貌的研究
5.5.2 复合集流体电池循环后表面形貌的研究
5.6 复合集流体表面SEI成分的研究
5.6.1 Cu集流体表面SEI成分的研究
5.6.2 PSN@Cu集流体表面SEI成分的研究
5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
本文编号：3159057
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