钠离子电池生物质衍生硬碳负极材料的性能及储钠机理研究

发布时间：2021-04-19 00:10

　　生物质衍生硬碳材料具有原料资源丰富、成本低廉、可逆容量较高以及倍率性能良好等优点,是有希望实现钠离子电池商业化负极材料的候选者。然而,生物质衍生硬碳材料存在碳产率过低、较大比表面积会导致初始库伦效率较低、石墨微晶片层间距影响着钠离子的长周期可逆嵌/脱等问题,且材料的电化学储钠机制尚存争议,有待进一步深入研究。为了开发高性能钠离子电池生物质衍生硬碳材料,本论文选取樱花瓣和燕麦片作为前驱体材料,采用简单的加工工艺,制备了生物质衍生硬碳材料,并对其性能和储钠机理进行了详细研究。樱花瓣衍生硬碳材料（Cherry petals,CP）是一种由无序石墨微晶和少量堆叠石墨微晶片所构成的典型硬碳材料。进行电化学性能测试时,在20 m A/g电流密度下,CP电极可以提供310.2 m Ah/g的高初始可逆容量,首次库仑效率达到67.3%,100次循环后的容量保持率高达99.3%。即使是在500 mA/g大电流密度下,CP电极的可逆容量也达到146.5 mAh/g,展现出优异的电化学性能。理化性质测试显示,CP电极的电化学性能优异可能源于其具有较小的比表面积、纳米尺度的介孔、表面存在的氧/氮氧官能团以及较... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

钠离子电池工作原理

一类非常有前景的钠离子电池正极材料x2的结构影响很大，一般可分为层状氧化物和隧道型氧化物。层状氧化物NaxMeO2（Me = Co、Ni、Fe、Mn和V 等）是由共边的MeO6八面体形成的过渡金属层状结构和位于过渡金属层间的碱金属离子组成的[9]，其理论容量达到 240 mAh/g，是目前研究较多的钠离子电池正极材料之一。但是，单金属NaxMeO2在深度充电状态下容易发生不可逆地结构变化，导致库仑效率下降，不可逆容量提高[12,13]。虽然通过限制充电截止电位，可以防止电池深度充电状态的发生，提高NaxMeO2正极材料的循环稳定性，但却会导致其可逆容量降低至 100 ~ 120 mAh/g[13,14]。最近，利用金属与金属之间的协同作用，研发多元金属NaxMeO2正极材料，有望改善材料的电化学性能[15]。常见的隧道型氧化物如 Na0.44MnO2、Na0.31MnO1.9和Na0.44TixMn1-xO2等具有成本低廉、结构稳定性较好、工作电位较低（2.6 ~ 3.0 V）以及循环性能较好的特点，但较低的容量是阻碍其发展的一个重要因素，需要进一步对组成和结构加以优化，以提升其储钠性能[16-18]。

理工大学专业学位硕士学位论文性能[35]。但有文献报道，Li[Li1/3Ti5/3]O4的还原产物为Li2[Li1/3Ti5/3]O2[Li1/3Ti5/3]O4的混合物，钠离子在尖晶石骨架结构的狭窄隧道中扩散的阻，表现为倍率性能不佳[36,37]。Na2Ti3O7是一种层状结构非常稳定的负极材有超低的电压平台、较为优异的循环性能和倍率性能等特点[9,38]。同时，们发现，纳米级Na2Ti3O7的放电比容量比微米级Na2Ti3O7的更高，但循环相对较差。Li/Na混合钛酸盐Na0.66[Li0.22Ti0.78]O2属于P2 型分层结构，理论为 104 mAh/g，平均工作电位为 0.75 V，且在充/放电过程中的体积变化小%，具有良好的循环性能和倍率性能[39]。对于NASICON型NaTi2(PO4)3用子电池负极材料，基于Ti3+/Ti4+氧化还原电对，可以允许 2 mol钠离子的可，形成Na3Ti2(PO4)3，理论容量值为 133 mAh/g，但存在工作电位较高的41]。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3146434