钾离子电池正极材料的制备及其性能和应用研究

发布时间：2021-10-15 11:10

　　随着工业的快速发展,全球能源需求日益剧增,而传统化石燃料的供应面临着气候、环境、资源方面的挑战,难以为继。开发清洁可再生能源是解决全球能源危机核心战略,而实现清洁能源发电并网的关键是开发大规模储能系统。传统的锂离子电池受其成本和安全性能等方面的影响无法满足大规模储能系统的需求,开发低成本、高效率的新型离子电池对于清洁能源的利用意义重大。近期,研究者发现石墨能够实现电化学储钾,这一现象的发现使得钾离子电池体系引起了人们的关注。因其资源丰富、成本低等优势,钾离子电池被认为是实现大规模储能的最具前景的二次电池之一。由于石墨负极已经在钾离子电池中成功应用,现阶段钾离子电池研发的重心是设计合适的正极材料。在正极材料中往往发生的是离子嵌入式反应,而钾离子的半径和原子量较大,其在常规宿主材料内部嵌入/脱出的过程中会引起宿主材料的结构畸变乃至坍塌,导致材料的容量低、循环寿命短、倍率性能差,严重限制了钾离子电池的性能。因此,在钾离子电池发展的初级阶段,开发低成本、高容量、循环稳定的正极材料对于钾离子电池的实际应用具有深远的意义和研究价值。本论文工作以大层间距和大框架结构的化合物为研究对象,探索其在钾离子... 

【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】：116 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

大规模储能系统实现可再生能源并网的原理图

第 1 章 绪论尔浓度为 1 mol L-1的混合溶液体系，其中酯类的溶剂主要包括碳酸乙烯酯，碳酸丙酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯等[38,39]。锂离子电池采用“摇椅式”的作方式来实现能量的存储与释放[40]。如图 1.2 所示，在电池充电过程中，锂离子从极中脱出进入电解液中，并通过电解液迁移到负极处，在外部的电子作用下，以锂子的方式沉积到石墨的碳层间。在放电过程中，锂离子从负极脱出经过电解液嵌入极中。

离子电池的反应机理会与锂电的反应机理不尽相同，往往会更加复杂[62,63]。虽然，离子电池在大规模储能方面展现出诱人的前景，但由于钾离子电池的开发还处在起阶段，需要克服的技术难题仍很多，未来钾离子电池的发展任重而道远。1.4 钾离子电池负极材料负极材料是电池的关键部件，在很大程度上决定了电池系统的特性和实用性。同于金属锂，金属钾极其活泼，在大多数有机电解质中都会生成不稳定的钝化层，此金属钾并不适合作为钾离子电池的负极[64,65]。研究低电位、高容量、结构稳定的极材料是发展钾离子电池的迫切需求。然而，由于钾离子的尺寸较大，原子量较高钾离子电池对于材料的结构和种类提出了更高的要求。图 1.3 总结了已报到的各种负材料的电化学性能。从图中可以看出，目前研究的钾离子电池负极材料主要包括碳负极材料[66-81]、合金类负极材料[82-91]，有机负极材料[92-94]和其他类型的负极材料[95-106


本文编号：3437939