钾离子电池石墨负极材料的改性研究

发布时间：2020-09-11 15:53

　　 为解决大规模的间歇性能源储存问题,低成本、大规模的电化学储能系统引起了人们的广泛关注。钾离子电池具有与锂离子电池相同的“摇椅”式储能原理,可以与石墨形成层间化合物KC8,对应理论容量为279 mAhg-1。钾资源丰富、易于获得,更适用于构建低成本、大规模电化学储能系统。但是,K+的半径大,嵌入石墨形成KC8,将产生～61%的体积膨胀。体积膨胀将影响、恶化电极的循环稳定性。针对这一问题,本论文采用表面修饰和体积膨胀两种过程,原子层沉积Al2O3对石墨表面修饰和对石墨进行膨化处理,以实现钾离子石墨负极的性能优化。主要研究内容如下:(1)采用Al2O3原子层沉积(ALD)工艺对石墨表面进行修饰。电化学分析表明,Al2O3-ALD石墨的K+储存循环稳定性有明显改善,50mA/g电流密度下循环50周,比容量为223 mAh/g原始石墨负极比容量为92 mAh/g,提高了 2.26倍。基于电化学分析过程,进一步采用非原位XRD,TEM和SEM等表征手段,证明Al2O3涂层有助于保持K+嵌入/脱出过程中固态电极界面膜的稳定性,使得石墨负极钾离子储存循环稳定性得到了改善。(2)采用热膨胀过程,以膨胀石墨为原料,获得多孔石墨材料。多孔结构将有利于缓冲钾离子嵌入/脱出的体积变化,进而提升石墨负极K+存储的循环稳定性。基于这一思路,比较分析了不同温度下膨胀石墨的K-存储性能。800℃膨胀石墨在50mA/g电流密度下,显示出第一圈的充电和放电比容量分别为210.3mAh/g和476.9mAh/g,即库伦效率是44%。在50次循环的电化学循环后,仍然可以保持120.6 mAh/g的可逆比容量。与在400℃和600℃下处理的膨胀石墨相比,钾储存容量大大提高。
【学位单位】：天津师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912;TB302
【部分图文】：

钾离子电池的工作原理图

图１－２钾离子电池负极材料性能概述，其中，锂离子电池和钠离子电池的相逡逑关负极材料用于比较｜９］逡逑１．３．１

图１－５钾离子电池正极材料的性能概述，锂和钠离子电池的相关正极材料用于比逡逑较ｍ逡逑

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本文编号：2816867