多孔碳基电极制备及粘结剂影响效应研究
发布时间：2021-10-05 10:06
储能电池的电极界面效应与能量密度、功率密度和循环寿命三项工业评估指标之间具有直接的构效关系,因而欲实现储能的工程化放大,则亟需从电极热力学和动力学的角度来研究电极界面的变化过程,从而进行针对性优化。以粘结剂和电解液作为塑造界面效应的探索变量,建立界面效应与电池失效的对应模型。本文旨在基于钠/钾离子电池的界面效应来揭示钠离子电池长循环失效现象以及钾离子电池性能指标的平衡矛盾,继而运用失效机理分析法,研判体系的电极过程变化,探索电极界面的设计方略:针对固态电解质膜（Solid Electrolyte Interface,SEI）的组分和结构进行解析和优化,采取粘结剂——电解液共轭匹配策略,直接提升电池系统的首次库伦效率、倍率性能、比容量和循环稳定性等实用指标。本文针对粘结剂对于界面效应的修饰作用做了如下三项工作。首先,本文构建了定制化硬碳负极NPHC-1200钠离子电池,以海藻酸钠（Sodium Alginate,SA）和羧甲基纤维素（Carboxymethylcellulose,CMC）作为水系粘结剂代表,以聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride,PVDF）作为油系...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙离子电池人工SEI膜实现图解
第一章绪论5综上所述，对于非锂系电池而言，研究其不良界面效应引发的失效问题的意义更为重大。幸而碳负极材料骨架同样能够为解决非锂系电池的不良界面行为。对于本文主要讨论的钠离子电池和钾离子电池体系而言，碳基材料仍然是最为理想的负极候选者。1.2钠离子电池的电极设计钠离子电池是非锂系电池中基于相似原理最先被提出的，其在元素周期表上处于碱金属一族中和锂相邻的位置，同样也是依靠“摇椅式”充放电机理，如图1-2[34]所示。从基本属性来看，钠电具有如下特性。（1）地壳丰度高：钠资源的储量为2.36wt%，是锂储备的1388倍[28]，且在全世界分布均匀，国内有贮藏也十分广泛；图1-1钙离子电池人工SEI膜实现图解图1-2钠离子电池充放电示意图[34]
第一章绪论7口，为高能量密度的钠离子电池正极设计提供了思路。聚阴离子有机物POs中最广为人知的材料便是Goodenough发明的橄榄石型LIFePO4，因其具备长循环结构稳定的特性而具备工程放大的潜力。常见的聚阴离子包括磷酸盐，硫酸盐，氟磷酸盐，硅酸盐等。在钠离子电池中，Li基硅酸盐SiO4-如Li2FeSiO4-，Li2MnSiO4-和Li2CoSiO4-[43-45]等都有期望得到良好的应用。近年来POs中研究的热点聚焦于NASICON结构的钠离子超导体材料中，其中具有的代表性的为Na3V2(PO4)3[46]及其衍生物Na3VO(PO4)2F和Na2FeP2O7[47]等；与此同时，研究表明通过碳包覆[48]、氮掺杂[49]等方式能够进一步提高NASICON结构的离子电导率和缺陷率，对于制备高比表面积的钠离子电池正极大有裨益。有机分子是一种潜在的钠离子电池正极材料，具有理论上高能量密度的特征。目前所报道的钠基有机分子包括对苯二酸酯二钠Na2C8H4O4[50]和2,5-二羟基-1,4-苯醌的二钠盐Na2C6H2O4[51]等。LiangZHAO[50]首次采用了有机分子Na2C8H4O4实现了250mAhg-1的可逆容量，且通过Al2O3包覆实现了储钠性能的大幅提升。Xiao-yanWU通过喷雾干燥法制备Na2C6H2O4，在首次库伦效率高达88%的前提下获得了259mAhg-1的可观容量，上述工作为有机分子正极的拓展奠定了基矗普鲁士蓝类似物作为正极具有层间间隙大、理论容量高、制备工艺简单等特点，十分契合钠离子Shannon半径较大的特性，为其提供了良好的插层环境[52]，其结构式可以表达为：NaxFe[Fe(CN)6]y·M1-y·nH2O，其中0<x<2,y<1。YaYOU[52]合图1-3LTMOs的层叠方式[40]
本文编号：3419521
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙离子电池人工SEI膜实现图解
第一章绪论5综上所述，对于非锂系电池而言，研究其不良界面效应引发的失效问题的意义更为重大。幸而碳负极材料骨架同样能够为解决非锂系电池的不良界面行为。对于本文主要讨论的钠离子电池和钾离子电池体系而言，碳基材料仍然是最为理想的负极候选者。1.2钠离子电池的电极设计钠离子电池是非锂系电池中基于相似原理最先被提出的，其在元素周期表上处于碱金属一族中和锂相邻的位置，同样也是依靠“摇椅式”充放电机理，如图1-2[34]所示。从基本属性来看，钠电具有如下特性。（1）地壳丰度高：钠资源的储量为2.36wt%，是锂储备的1388倍[28]，且在全世界分布均匀，国内有贮藏也十分广泛；图1-1钙离子电池人工SEI膜实现图解图1-2钠离子电池充放电示意图[34]
第一章绪论7口，为高能量密度的钠离子电池正极设计提供了思路。聚阴离子有机物POs中最广为人知的材料便是Goodenough发明的橄榄石型LIFePO4，因其具备长循环结构稳定的特性而具备工程放大的潜力。常见的聚阴离子包括磷酸盐，硫酸盐，氟磷酸盐，硅酸盐等。在钠离子电池中，Li基硅酸盐SiO4-如Li2FeSiO4-，Li2MnSiO4-和Li2CoSiO4-[43-45]等都有期望得到良好的应用。近年来POs中研究的热点聚焦于NASICON结构的钠离子超导体材料中，其中具有的代表性的为Na3V2(PO4)3[46]及其衍生物Na3VO(PO4)2F和Na2FeP2O7[47]等；与此同时，研究表明通过碳包覆[48]、氮掺杂[49]等方式能够进一步提高NASICON结构的离子电导率和缺陷率，对于制备高比表面积的钠离子电池正极大有裨益。有机分子是一种潜在的钠离子电池正极材料，具有理论上高能量密度的特征。目前所报道的钠基有机分子包括对苯二酸酯二钠Na2C8H4O4[50]和2,5-二羟基-1,4-苯醌的二钠盐Na2C6H2O4[51]等。LiangZHAO[50]首次采用了有机分子Na2C8H4O4实现了250mAhg-1的可逆容量，且通过Al2O3包覆实现了储钠性能的大幅提升。Xiao-yanWU通过喷雾干燥法制备Na2C6H2O4，在首次库伦效率高达88%的前提下获得了259mAhg-1的可观容量，上述工作为有机分子正极的拓展奠定了基矗普鲁士蓝类似物作为正极具有层间间隙大、理论容量高、制备工艺简单等特点，十分契合钠离子Shannon半径较大的特性，为其提供了良好的插层环境[52]，其结构式可以表达为：NaxFe[Fe(CN)6]y·M1-y·nH2O，其中0<x<2,y<1。YaYOU[52]合图1-3LTMOs的层叠方式[40]
本文编号：3419521
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