三维碳基钠离子电池负极材料的制备及性能研究
发布时间：2021-06-25 21:54
锂离子电池由于具有高的电压和能量密度以及良好的循环稳定性,已被商业用于便携式电子设备、大尺寸供电系统、新能源汽车以及储能等领域。然而,由于锂资源的持续消耗和锂离子电池越来越高的价格,其在规模储能领域的应用受到了极大的限制。钠离子电池是锂离子电池理想的替代品,因为钠与锂之间化学和电化学性能存在很多的相似性,且钠资源丰富、价格低廉。然而,钠离子的半径比锂离子大70%,当钠离子嵌入时,材料会产生更大的体积变化。因此,开发新型具有高的比容量和良好循环性能的电极材料是钠离子电池研究的重点。基于此,在本论文中,我们选择三维石墨烯以及其与磷化铁的复合材料作为研究对象,致力于开发高性能的钠离子电池负极材料。论文的主要内容如下:（1）使用三聚氰胺作为氮源、次亚磷酸钠作为磷源,构建了N、P共掺杂的三维石墨烯气凝胶。首先研究了三聚氰胺与石墨烯质量比对材料结构和电化学性能的影响。其中,质量比为1:2的N、P共掺杂的三维石墨烯气凝胶呈现出最佳的电化学性能。其在50 mA g-1电流密度下的可逆放电容量高达352.5 mA h g-1。同时,倍率性能出色,在0.05、0...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）Williams公司组装的钠离子电池组；（b）Tiamat公司设计的18650电池Figure1.1(a)SodiumionbatterypackdesignedbyWilliams;(b)18650batterydesignedby
Tiamat1.2.2 钠离子电池的工作原理钠离子电池的工作原理和锂离子电池的工作原理基本一致，如图1.2所示，由两个电极（阳极和阴极）之间的化学势差在电池上产生电压，钠离子在两个电极之间往复运动来完成整个充放电过程。正负电极体系之间加入具有良好钠离子传输能力但对电子绝缘的电解液体系。当电池进行充电时，正极发生氧化反应，失去电子，钠离子从正极中脱嵌到电解液中，电解液中的钠离子会迁移到负极进行嵌入，同时电子从外电路流向负极；相反地，当电池进行放电时，负极发生氧化反应，失去的电子通过外电路又流回正极，负极材料的钠离子脱嵌出来向正极迁移，然后嵌入到正极材料中，形成电流通路。M.B.Amian 等人把这种钠离子通过电解液在两极之间来回迁移的行为称之为"摇椅式（rocking-chair）机制"
图 1.3 钠离子电池负极材料的平均放电电压和容量Figure 1.3Average discharge voltage and capacity of cathode material for sodium iobatteries1.2.4.1 合金基材料合金基材料由于其理论容量高而被证明是有希望的阴极材料，近年来成究热点。它们可以与钠形成合金，形成丰富的合金相，产生比碳基材料高得容量。2011 年，Ceder 等[13]在基于密度泛函理论（DFT）基础上对钠-硅、钠-钠-铅、钠-锗合金化反应历程进行了理论模拟。研究表明，合金基的负极材可以嵌入钠离子，钠可以和锡、铅、锗和锑等金属各自形成合金 Na15Sn4、Na15Na3Ge 和 Na3Sb，嵌钠后理论容量分别为 845、485、660 和 1108mAhg-1。等[14]人使用 Triton X-100 作为诱导剂，通过简单电沉积法制备裸 Sn 纳米纤作为钠离子电池的电极材料，Sn 纳米纤维表现出良好的循环稳定性，初始
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池负极材料[J]. 何菡娜,王海燕,唐有根,刘又年. 化学进展. 2014(04)
博士论文
[1]改性石墨烯的设计制备及电化学储能研究[D]. 李加杰.哈尔滨工业大学 2017
[2]钠离子电池中碳负极及碳材料提升负极复合物储钠性能的研究[D]. 吕红艳.东北师范大学 2017
硕士论文
[1]锂离子电池多孔硅/碳纳米管复合负极材料的研究[D]. 刘洪兵.东北电力大学 2016
[2]杂原子掺杂碳材料的合成及其电化学性能研究[D]. 高伟伟.吉林大学 2015
[3]氧化石墨烯和石墨烯纳米材料制备及其重金属吸附性能研究[D]. 杨熙.华中师范大学 2012
本文编号：3250000
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）Williams公司组装的钠离子电池组；（b）Tiamat公司设计的18650电池Figure1.1(a)SodiumionbatterypackdesignedbyWilliams;(b)18650batterydesignedby
Tiamat1.2.2 钠离子电池的工作原理钠离子电池的工作原理和锂离子电池的工作原理基本一致，如图1.2所示，由两个电极（阳极和阴极）之间的化学势差在电池上产生电压，钠离子在两个电极之间往复运动来完成整个充放电过程。正负电极体系之间加入具有良好钠离子传输能力但对电子绝缘的电解液体系。当电池进行充电时，正极发生氧化反应，失去电子，钠离子从正极中脱嵌到电解液中，电解液中的钠离子会迁移到负极进行嵌入，同时电子从外电路流向负极；相反地，当电池进行放电时，负极发生氧化反应，失去的电子通过外电路又流回正极，负极材料的钠离子脱嵌出来向正极迁移，然后嵌入到正极材料中，形成电流通路。M.B.Amian 等人把这种钠离子通过电解液在两极之间来回迁移的行为称之为"摇椅式（rocking-chair）机制"
图 1.3 钠离子电池负极材料的平均放电电压和容量Figure 1.3Average discharge voltage and capacity of cathode material for sodium iobatteries1.2.4.1 合金基材料合金基材料由于其理论容量高而被证明是有希望的阴极材料，近年来成究热点。它们可以与钠形成合金，形成丰富的合金相，产生比碳基材料高得容量。2011 年，Ceder 等[13]在基于密度泛函理论（DFT）基础上对钠-硅、钠-钠-铅、钠-锗合金化反应历程进行了理论模拟。研究表明，合金基的负极材可以嵌入钠离子，钠可以和锡、铅、锗和锑等金属各自形成合金 Na15Sn4、Na15Na3Ge 和 Na3Sb，嵌钠后理论容量分别为 845、485、660 和 1108mAhg-1。等[14]人使用 Triton X-100 作为诱导剂，通过简单电沉积法制备裸 Sn 纳米纤作为钠离子电池的电极材料，Sn 纳米纤维表现出良好的循环稳定性，初始
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池负极材料[J]. 何菡娜,王海燕,唐有根,刘又年. 化学进展. 2014(04)
博士论文
[1]改性石墨烯的设计制备及电化学储能研究[D]. 李加杰.哈尔滨工业大学 2017
[2]钠离子电池中碳负极及碳材料提升负极复合物储钠性能的研究[D]. 吕红艳.东北师范大学 2017
硕士论文
[1]锂离子电池多孔硅/碳纳米管复合负极材料的研究[D]. 刘洪兵.东北电力大学 2016
[2]杂原子掺杂碳材料的合成及其电化学性能研究[D]. 高伟伟.吉林大学 2015
[3]氧化石墨烯和石墨烯纳米材料制备及其重金属吸附性能研究[D]. 杨熙.华中师范大学 2012
本文编号：3250000
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3250000.html
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