氮掺杂中空碳材料的可控制备及储钠性能研究

发布时间：2021-01-21 02:41

　　锂离子电池由于高工作电压,高容量,低自放电和长循环寿命而被广泛用于便携式电子设备领域。然而,由于地球上的锂矿有限,电动汽车和电子设备的快速发展给锂离子电池技术带来了巨大的压力。近年来,由于钠和锂在元素周期表中的位置处于同一族,且钠离子电池的能量储存/释放机制类似于锂离子电池的能量储存/释放机制,同时钠资源成本相对较低且含量丰富,因此,钠离子电池引起了研究人员的关注,成为大规模电能储存领域中一种有发展前景的锂离子电池的替代品。因钠离子具有比锂离子更大的离子半径,因此已广泛用作锂离子电池的负极材料,并不适合用作钠离子电池的负极材料。目前,研发适合钠离子嵌入的负极材料成为关键。目前,科研人员研究发现适用于钠离子电池的负极材料,主要包括各种碳基材料、钠三元化合物、金属氮化物、金属氧化物、磷和合金。但是,在众多负极材料中,碳基材料由于价格便宜、易得到且无毒成为最有前途的钠离子电池负极材料。为了进一步提高碳基材料作为钠离子电池负极材料的电化学性能,一般通过构建新颖的纳米结构来增大材料的比表面积,大的比表面积可以提供更多的活性位点从而提高钠的存储容量。除此之外,杂原子掺杂也是常用的一种有效办法。杂原... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１钠离子工作原理图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｓｏｄｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??

随着电池不断的充放电，其微观结构会发生一系列变化。为了研宄结构的变化，??ＷＡＮＧ等采用原位透射电子显微镜技术对充放电过程中Ｎａ＋的嵌入进行了研宄，发现钠??离子嵌入负极材料的过程分为两个阶段（见图１－２），负极材料的体积明显变大变为没充??放电之前的４２０％［１４］。??ａｆ－Ｎａｉ？Ｓｎ４?ａｒ－Ｎａ３Ｓｎ?ｃ－Ｎａ?丨?５Ｓｎ４??…ｒＮａＳｆｌ２．?（２５２％）?＾＂（３３６％）?（４２０％）??Ｓｎ?Ｓｎ?Ｎａ，（Ｓｎ?（５６％?ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）?＾??？?—?？——??Ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｓｏｄｉａｔｉｏｎ???Ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ?ｓｏｄｉａｔｉｏｎ???图１－２?Ｎａ＋篏入Ｓｎ过程示意图［１４］??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｓｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｓｏｄｉａｔｉｏｎｔ１４］??Ｊ．?Ｌｉｕ等通过溶剂热法在不含任何模板的条件下合成了多孔ＮｂＳｍ微米笼二元合金??材料，用作钠离子电池负极材料时拥有高的比容量及良好的稳定性，在电压为０．０１至ＩＪ??２．００Ｖ之间以１?Ｃ的电流密度充放电，循环３００次后比容量仍可保持为２００?ｍＡｈ／ｇ［１５］。??除了二元合金复合材料以外，多元合金材料作为钠离子电池负极材料也有少量研宄。Ｓｎ－??ＳｎＳ－Ｃ多元复合物由Ｗｕ等合成，首先用球磨法使ＳｎＳ包覆Ｓｎ上，再将所得材料和碳??材料复合得到碳包覆多元合金复合材料，研宄该材料的储钠性能，在电压范围为０．０１？２．０??Ｖ电流密度为０．１Ａｈ／ｇ的条件下

Ｆｉｇ．３－２?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＧＨＭｓ?（ａ）?ａｎｄ?ＮＧ?（ｃ）；?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＧＨＭｓ?（ｂ）?ａｎｄ?ＮＧ?（ｄ）；?ａｎｄ??ｔｈｅ?ｉｎｓｅｔ?ｉｓ?ｔｈｅ?ｈｉｇｈ?ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?ＴＥＭ?（ＨＲＴＥＭ）?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＧＨＭｓ．??此外，ＮＧＨＭｓ的形成可以通过图３－２ｂ中的ＳＥＭ图进一步验证，其中可以清晰地??看到直径为２００－４００?ｎｍ的球形颗粒。因石墨烯特定的中空结构具有柔韧性，所以不能??很好地支撑ＮＧＨＭ的球形形貌，所以ＮＧＨＭ的中空结构发生了一些变形（如图３－２ｂ所??示）。对照实验表明ＰＳ微球在ＮＧＨＭ的形成中起关键作用，当不加ＰＳ微球的情况下进??行相同的合成步骤时，观察到常规ＮＧ的形貌，如图３－２ｃ和ｄ所示没有特定的结构和形??貌。??２２??


本文编号：2990289