高性能钠/钾离子电池负极材料的制备及研究
发布时间：2021-10-20 07:12
钠/钾离子电池与锂离子电池有着相似的工作原理,但相比于锂资源而言,钠/钾元素在地球上储量丰富且成本低廉,因此开发高性能钠/钾离子电池有望应用于大规模储能领域。开发长寿命高倍率的电极材料对钠/钾离子电池的应用至关重要。然而,由于钠/钾离子较大的离子半径（相比锂离子而言）,导致其在电极材料中的扩散更为缓慢,并且其嵌入材料体相会导致材料面临着巨大的体积膨胀,从而最终导致电池容量衰减。因此设计合适的电极材料成为钠/钾离子电池应用的一个挑战。本论文针对几种不同的负极材料,通过理性设计电极材料结构和优化电解液等策略,实现其优异的储钠/钾性能,且深入分析其储钠/钾机理。第1章,首先简要概述了钠/钾离子电池的组成、工作原理和电极材料的研究状况,然后详细介绍了本论文研究的Nb2O5、硬碳和Bi三类材料的研究进展。第2章,介绍了本论文实验过程中使用到的药品及测试表征的设备与方法。第3章,采用静电喷雾沉积（ESD）技术,制备了三维多孔碳基体负载Nb2O5纳米颗粒自支撑电极材料,在10C电流密度下循环7500圈,仍然具有130mAh g-1的储钠比容量,动力学分析揭示了其赝电容特性的快速储钠机制,并通过钠离子...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２地壳中常见元素的储量Ｗ??至今，已经能够大规模商用的二次电池主要包括：铅酸电池（Ｌｅａｄ－ａｃｉｄ）、??
１０００???工业级金属的价格?１０００００?３０００?１３０００??钠／钾离子电池的关键组成部分及其工作原理与锂离子电池类似，因此研宄??钠／钾离子电池可以从锂离子电池中得到借鉴，但是由于钠／钾离子的半径远大于??锂离子，这就导致了其反应过程中缓慢的动力学和剧烈的体积变化，导致现阶段??钠离子电池难以实现长的循环寿命和快速充放电。虽然现阶段钠／钾离子电池科??学上还存在很多尚不明确的问题，技术上还有很多难点需要攻克，但是越来越多??的科研工作者们正投入到这一领域，如图１．３所示，我们在ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ上以??“Ｓｏｄｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ”?和?“Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ”?为标题关键词搜索得到了从?１９９０??年至今钠／钾离子电池的发文情况，可以发现从２０１０年开始，近１０年内关于钠／??钾离子电池的研宄快速增长，研究者们己经取得了很多可喜的成果，但钠／钾离子??电池的应用之路仍然不平坦，仍需继续探索。本论文中，我们将尝试去解决一些??钠／钾离子电池负极材料的关键性科学问题，希望能为钠／钾离子的应用添砖加瓦。??１６００－１??４００－Ｉ???ｔｒ．?１２００＊?Ｓｏｄｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ?３００?■?Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｉｙ??Ｓ?Ｃｍ??？２?．２??？？?｝?ｉｌＡｔ＾??ｓ?８００－?ａ?２００．??ｃｕ?ｎｐｙＨ?＆??４００－?１００．??ｍｍ??ｍｍｍ??０?．?．?＿?．．一０１?＾??１９９０?１９９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５?２０２０?１９９０?１９９５?２
?第１章绪论???１．２钠／钾离子电池的组成及工作原理??Ｃａｔｈｏｄｅ?Ａｎｏｄｅ?．．．??Ｌａｙｅｒｅｄ?Ｏｘｉｄｅ?Ｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓ??．一．．?２?Ｎａ＇ｉｏｎ?Ｂａｔｔｅｒｙ?＾?ｍ??．ｖ＾．?Ｍｅｕ，Ａｎ〇ｖ??Ａｄｄｉｔｉｖｅ?１?Ｂｊｎｄｅｒ?Ｊｔ?＾??ｇ?，?ＡＭＡＵｇＭＩｌ??ｓｏｌｗｅｎｔ??＊?Ｓａｌｔ??Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?＆?Ｂｉｎｄｅｒ??图１．４钠离子电池组成示意图丨丨〇丨??钠／钾离子电池的工作原理及组成与人们熟知的锂离子电池基本是相同的，??先以钠离子电池为例，其组成如图１．４所示，其组成部分主要包含：正极材料、??负极材料、电解液、隔膜、集流体、粘结剂、导电添加剂、和封装材料（图中未??显示）〖１Ｑ］。其工作原理如图］．５ａ所示，以含钠层状金属氧化物为正极材料，硬??碳材料为负极材料，由于他们的对钠电势不同，在正负极直接就有了电势差，图??１．５ｂ展示了一些典型的钠离子电池正负极材料的对钠电势和质量比容量［１５］。在??充电的过程中，钠离子从正极材料中脱出，在电极与电解液界面处发在电荷转移，??进入电解液，然后扩散至负极与电解液界面处，再次发生电荷转移过程，最后嵌??入负极硬碳中，就完成了充电过程，此过程将电能转换成了化学能，放电过程与??充电过程相反，完成化学能向电能的转换。在充放电的过程中钠离子在正负极之??间循环往返迁移，因此钠离子电池也像锂离子电池一样，可以被称为是“摇椅电??池（Ｒｏｃｋｉｎｇｃｈａｉｒｂａｔｔｅｒｙ）?”｜１６］。电解液是由钠盐（六氟憐酸钠、高氯酸钠、三氟??甲基磺酸钠等）和有机溶剂（一般为碳酸酯或者醚类）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bi Nanoparticles Anchored in N-Doped Porous Carbon as Anode of High Energy Density Lithium Ion Battery[J]. Yaotang Zhong,Bin Li,Shumin Li,Shuyuan Xu,Zhenghui Pan,Qiming Huang,Lidan Xing,Chunsheng Wang,Weishan Li. Nano-Micro Letters. 2018(04)
本文编号：3446478
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２地壳中常见元素的储量Ｗ??至今，已经能够大规模商用的二次电池主要包括：铅酸电池（Ｌｅａｄ－ａｃｉｄ）、??
１０００???工业级金属的价格?１０００００?３０００?１３０００??钠／钾离子电池的关键组成部分及其工作原理与锂离子电池类似，因此研宄??钠／钾离子电池可以从锂离子电池中得到借鉴，但是由于钠／钾离子的半径远大于??锂离子，这就导致了其反应过程中缓慢的动力学和剧烈的体积变化，导致现阶段??钠离子电池难以实现长的循环寿命和快速充放电。虽然现阶段钠／钾离子电池科??学上还存在很多尚不明确的问题，技术上还有很多难点需要攻克，但是越来越多??的科研工作者们正投入到这一领域，如图１．３所示，我们在ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ上以??“Ｓｏｄｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ”?和?“Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ”?为标题关键词搜索得到了从?１９９０??年至今钠／钾离子电池的发文情况，可以发现从２０１０年开始，近１０年内关于钠／??钾离子电池的研宄快速增长，研究者们己经取得了很多可喜的成果，但钠／钾离子??电池的应用之路仍然不平坦，仍需继续探索。本论文中，我们将尝试去解决一些??钠／钾离子电池负极材料的关键性科学问题，希望能为钠／钾离子的应用添砖加瓦。??１６００－１??４００－Ｉ???ｔｒ．?１２００＊?Ｓｏｄｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ?３００?■?Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｉｙ??Ｓ?Ｃｍ??？２?．２??？？?｝?ｉｌＡｔ＾??ｓ?８００－?ａ?２００．??ｃｕ?ｎｐｙＨ?＆??４００－?１００．??ｍｍ??ｍｍｍ??０?．?．?＿?．．一０１?＾??１９９０?１９９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５?２０２０?１９９０?１９９５?２
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Bi Nanoparticles Anchored in N-Doped Porous Carbon as Anode of High Energy Density Lithium Ion Battery[J]. Yaotang Zhong,Bin Li,Shumin Li,Shuyuan Xu,Zhenghui Pan,Qiming Huang,Lidan Xing,Chunsheng Wang,Weishan Li. Nano-Micro Letters. 2018(04)
本文编号：3446478
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