钛基聚阴离子型负极材料储能性质的研究

发布时间：2022-12-17 11:09

　　钠与钾在地球上含量丰富、成本低廉。特别是,它们与锂的化学性质十分相似,电极电势也非常接近,因此,若能够基于钠/钾离子嵌入反应构建高性能储能电池,在规模储能方面更具资源与环境的优势。具有钠的快离子导体（NAtrium Super Ionic CONductor,NASICON）结构的钛基材料具有稳固的三维框架结构、高的离子电导率以及优异的分子调变性,因而被认为是极具应用前景的新型二次电池负极材料。本论文以钛基NASICON结构材料为研究对象,从材料的功能化设计、表/界面修饰和颗粒尺寸剪裁等几个层次出发,提升材料可逆比容量,优化倍率性能,获得了几种电化学性能优异的负极材料。首先,我们采用溶胶凝胶法制备了Ca0.5Ti2（PO4）3@C纳米复合材料。通过在碱土金属元素位置引入空位,有效地提高了NASICON结构材料的电化学储钠可逆比容量。其次,我们发现Ag Ti2（PO4）3材料存在电化学“自包覆”现象。首次放电后产生的Ag纳米颗粒包覆在反应物表面,可以有效提高负极材料的导电率,从而提升储钠性能。随后,我们采用静电喷雾法制备了纳米颗粒自组装的微球形貌的KTi2（PO4）3材料。这种独特的“分... 

【文章页数】：166 页

【学位级别】：博士

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内容提要
中文摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 二次电池概述
        1.2.1 钠/钾离子二次电池的组成
        1.2.2 钠/钾离子二次电池的工作原理
        1.2.3 二次电池的关键参数
    1.3 负极材料
        1.3.1 负极材料的储能机制
        1.3.2 电极材料设计的关键因素
    1.4 钛基负极材料在钠/钾离子电池中的应用
        1.4.1 二氧化钛
        1.4.2 钛基MXene材料
        1.4.3 钛基层状过渡金属氧化物
        1.4.4 钛酸盐
        1.4.5 钛基磷酸盐
    1.5 本论文选题意义及研究内容
    参考文献
第2章 实验方法
    2.1 实验试剂及实验仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 样品的物性表征
        2.2.1 X射线衍射分析
        2.2.2 扫描电子显微镜
        2.2.3 透射电子显微镜
        2.2.4 拉曼光谱分析
        2.2.5 热重分析
        2.2.6 CHN元素分析
        2.2.7 氮气吸脱附分析
    2.3 样品的电化学性质表征
        2.3.1 电池的组装
        2.3.2 恒流充放电测试
        2.3.3 循环伏安测试
        2.3.4 电化学交流阻抗测试
        2.3.5 恒电流间歇滴定技术
第3章 高比容量Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C纳米复合材料的设计、制备与储钠性质的研究
    3.1 前言
    3.2 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C的制备及表征方法
        3.2.1 材料的制备
        3.2.2 材料的物性表证
        3.2.3 材料的电化学性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C纳米复合材料的物理性质
        3.3.2 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C复合材料的电化学性质
        3.3.3 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C复合材料的动力学性质
    3.4 本章小结
    参考文献
第4章 新型NASICON结构负极材料AgTi_2(PO_4)_3的新奇电化学储钠机制研究
    4.1 前言
    4.2 AgTi_2(PO_4)_3的制备和表征
        4.2.1 材料的制备
        4.2.2 材料的物性表征
        4.2.3 材料的电化学性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 AgTi_2(PO_4)_3材料的结构和形貌特征
        4.3.2 AgTi_2(PO_4)_3材料的电化学性质
        4.3.3 AgTi_2(PO_4)_3材料的储钠机制研究
        4.3.4 AgTi_2(PO_4)_3材料的动力学性质研究
    4.4 本章小结
    参考文献
第5章 KTi_2(PO_4)_3@C微米球的制备与电化学储钠和储钾性质的研究
    5.1 前言
    5.2 KTi_2(PO_4)_3@C的制备和表征
        5.2.1 材料制备
        5.2.2 材料的物性表征
        5.2.3 材料的电化学性能测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 KTi_2(PO_4)_3@C纳米复合材料的形貌表征
        5.3.2 KTi_2(PO_4)_3@C纳米复合材料的电化学性质
        5.3.3 KTi_2(PO_4)_3@C纳米复合材料在嵌钠、嵌钾反应中的动力学性质研究
    5.4 本章小结
    参考文献
第6章 “water-in-salt”型水系钾离子电池电解液及其应用研究
    6.1 前言
    6.2 电解液与电极材料的制备及表征方法
        6.2.1 电极的制备
        6.2.2 电解液的制备
        6.2.3 电极材料的表征
        6.2.4 电化学性能测试
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 对电极活性炭的物理性质
        6.3.2 KTi_2(PO_4)_3@C在不同浓度电解液中的电化学性质
        6.3.3 KTi_2(PO_4)_3@C在30 m乙酸钾溶液(“water-in-salt”电解液)中的电化学性质
    6.4 本章小结
    参考文献
第7章 结论与展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
作者简介及攻读博士学位期间所取得的学术成果
致谢



本文编号：3719823