聚丙烯腈基硬碳的制备及其储锂/钠性能的研究
发布时间：2021-06-29 21:47
聚丙烯腈（PAN）基硬碳作为一种有机聚合物热解碳,制备温度较低,拥有大的层间距和无序结构,具有残炭率高、导电性好、充放电功效好、循环寿命高等优点,成为首选的锂/钠离子电池的负极材料。本文制备了不同形貌及微观结构的PAN硬碳材料与PAN/木质素复合硬碳材料,详细研究了形貌及微观结构与储锂/钠电性能的关系,探索了硬碳材料在锂/钠离子电池中的储能机理。本文以PAN为原料,通过工艺简单的稳定化和炭化过程制备出核桃仁状的新型硬碳微球,将其作为锂/钠离子电池负极材料。随着炭化温度升高,其储锂可逆容量逐渐下降,储钠可逆容量先上升后下降,首次库伦效率和倍率循环性能均有所提高。其中,1250℃炭化样品的综合性能最佳:在0.02 A/g下,首次储锂可逆容量是348 mAh/g,首次库伦效率为85%;首次储钠可逆容量是182 mAh/g,首次效率为74%。在0.8 A/g下,储锂可逆容量为89 mAh/g,但储钠可逆容量在0.2 A/g时就降为20 m Ah/g。本研究中还采用静电纺丝法结合热处理工艺制备出了PAN碳纳米纤维。PAN碳纳米纤维独特的纳米纤维形貌和三维导电网络结构使之与PAN硬碳微球相比,储锂...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
第一章 文献综述O2拥有多种晶体结构，共边排列的 MO6组成过渡金属氧八面体中间时为 On结构，Na 占据 MO6层间的三角过渡金属重复堆积的周期[54-55]。图 1-2 展示了 O3 和 P同晶体结构的材料具有不同的电化学性能。如 P2-NaxC P3-NaxCoO2，且与其他结构的 NaxCoO2相比，P2-Na0 60 Wh/kg）是最高的[56-57]。单斜结构的 NaMnO2首次的 Na0.6MnO2的首次容量则为 140 mAh/g，但两者的循两种及以上金属离子的多元复合金属氧化物近年来也合物 NaNi0.5Mn0.5O2的可逆储钠容量是 125 mAh/g，循物[60]；P2-Na2/3Co2/3Mn1/3O2采用部分 Mn 取代了 P2-N决了后者出现多个充放电电位平台的问题[61]。
电化学不可逆，只能得到组成为 NaC64的高阶嵌入化合物，可逆容量低（图1-3b）[67]，也就是说石墨材料不适合做钠离子电池负极材料[67-68]。因此必须寻找能够提供有效储钠空间的负极材料。目前研究较多的储钠负极材料主要有: 硬碳材料与石墨烯等新型碳材料、合金和氧化物等。图 1-3 （a）石墨的嵌钠结构模型[46]，（b）石墨在钠离子电池中的充放电曲线[67]Fig.1-3 (a) The structure model of sodium insertion into graphite[46], (b) Charge-dischargecurves of graphite in sodium-ion battery[67]硬碳的层间距比石墨要大，且拥有微孔结构，可以提供更多的储钠活性位点，可逆嵌钠容量在 100~300 mAh/g，是目前研究者关注较多的一类储钠碳负极材料[69-71]。Komaba 等构建的以硬碳作负极，NaNi0.5Mn0.5O2作正极的全电池表现出较好的循环性能，首次可逆比容量是 250 mAh/g（以硬碳活性物质的质量为准计算），经过 50 次充放电后仍有 150 mAh/g 的容量[60]。此外
【参考文献】：
期刊论文
[1]高振实密度富锂正极材料Li[Li0.133Ni0.300Mn0.567]O2的制备和表征[J]. 姜涛,陈慧明,张克金,王丹,米新艳. 电源技术. 2014(03)
[2]国外钠离子电池研究进展[J]. 刘春娜. 电源技术. 2014(01)
[3]钠离子电池研究进展[J]. 叶飞鹏,王莉,连芳,何向明,田光宇,欧阳明高. 化工进展. 2013(08)
[4]钠硫电池及其应用[J]. 李建国,焦斌,陈国初. 上海电机学院学报. 2011(03)
[5]锂离子电池概述及负极材料研究进展[J]. 赵灵智. 广东化工. 2009(05)
[6]Progress in electrical energy storage system:A critical review[J]. Thang Ngoc Cong. Progress in Natural Science. 2009(03)
[7]聚丙烯腈的热解特性及在锂离子电池中的应用[J]. 赵海鹏,何向明,姜长印,万春荣,李江伟. 高分子材料科学与工程. 2007(06)
[8]电纺PAN纳米纤维的碳化工艺研究[J]. 于记良,Javed Rafique,于杰. 广州化工. 2007(03)
[9]聚丙烯腈纤维的非纺织用途[J]. 朱谱新,姚永毅. 四川纺织科技. 2003(03)
[10]钠离子电池研究进展[J]. 吴振军,陈宗璋,汤宏伟,李素芳. 电池. 2002(01)
博士论文
[1]先进储钠电极材料及其电化学储能应用[D]. 钱江锋.武汉大学 2012
本文编号：3257222
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
第一章 文献综述O2拥有多种晶体结构，共边排列的 MO6组成过渡金属氧八面体中间时为 On结构，Na 占据 MO6层间的三角过渡金属重复堆积的周期[54-55]。图 1-2 展示了 O3 和 P同晶体结构的材料具有不同的电化学性能。如 P2-NaxC P3-NaxCoO2，且与其他结构的 NaxCoO2相比，P2-Na0 60 Wh/kg）是最高的[56-57]。单斜结构的 NaMnO2首次的 Na0.6MnO2的首次容量则为 140 mAh/g，但两者的循两种及以上金属离子的多元复合金属氧化物近年来也合物 NaNi0.5Mn0.5O2的可逆储钠容量是 125 mAh/g，循物[60]；P2-Na2/3Co2/3Mn1/3O2采用部分 Mn 取代了 P2-N决了后者出现多个充放电电位平台的问题[61]。
电化学不可逆，只能得到组成为 NaC64的高阶嵌入化合物，可逆容量低（图1-3b）[67]，也就是说石墨材料不适合做钠离子电池负极材料[67-68]。因此必须寻找能够提供有效储钠空间的负极材料。目前研究较多的储钠负极材料主要有: 硬碳材料与石墨烯等新型碳材料、合金和氧化物等。图 1-3 （a）石墨的嵌钠结构模型[46]，（b）石墨在钠离子电池中的充放电曲线[67]Fig.1-3 (a) The structure model of sodium insertion into graphite[46], (b) Charge-dischargecurves of graphite in sodium-ion battery[67]硬碳的层间距比石墨要大，且拥有微孔结构，可以提供更多的储钠活性位点，可逆嵌钠容量在 100~300 mAh/g，是目前研究者关注较多的一类储钠碳负极材料[69-71]。Komaba 等构建的以硬碳作负极，NaNi0.5Mn0.5O2作正极的全电池表现出较好的循环性能，首次可逆比容量是 250 mAh/g（以硬碳活性物质的质量为准计算），经过 50 次充放电后仍有 150 mAh/g 的容量[60]。此外
【参考文献】：
期刊论文
[1]高振实密度富锂正极材料Li[Li0.133Ni0.300Mn0.567]O2的制备和表征[J]. 姜涛,陈慧明,张克金,王丹,米新艳. 电源技术. 2014(03)
[2]国外钠离子电池研究进展[J]. 刘春娜. 电源技术. 2014(01)
[3]钠离子电池研究进展[J]. 叶飞鹏,王莉,连芳,何向明,田光宇,欧阳明高. 化工进展. 2013(08)
[4]钠硫电池及其应用[J]. 李建国,焦斌,陈国初. 上海电机学院学报. 2011(03)
[5]锂离子电池概述及负极材料研究进展[J]. 赵灵智. 广东化工. 2009(05)
[6]Progress in electrical energy storage system:A critical review[J]. Thang Ngoc Cong. Progress in Natural Science. 2009(03)
[7]聚丙烯腈的热解特性及在锂离子电池中的应用[J]. 赵海鹏,何向明,姜长印,万春荣,李江伟. 高分子材料科学与工程. 2007(06)
[8]电纺PAN纳米纤维的碳化工艺研究[J]. 于记良,Javed Rafique,于杰. 广州化工. 2007(03)
[9]聚丙烯腈纤维的非纺织用途[J]. 朱谱新,姚永毅. 四川纺织科技. 2003(03)
[10]钠离子电池研究进展[J]. 吴振军,陈宗璋,汤宏伟,李素芳. 电池. 2002(01)
博士论文
[1]先进储钠电极材料及其电化学储能应用[D]. 钱江锋.武汉大学 2012
本文编号：3257222
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3257222.html
教材专著
