高性能鈉離子薄膜電池負(fù)極材料的研究.pdf

1、對(duì)于新能源社會(huì)的建設(shè)，規(guī)模儲(chǔ)電是眾多應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。要達(dá)到規(guī)模儲(chǔ)電的要求，首要因素是成本與環(huán)境友好，而能量密度次之。目前應(yīng)用最廣的鋰離子電池由于其開(kāi)采成本高等原因限制其大規(guī)模儲(chǔ)能。相比較而言，鈉離子電池具有資源豐富易開(kāi)采、環(huán)境友好、原料豐富、成本低等優(yōu)點(diǎn)，符合規(guī)?；瘍?chǔ)能應(yīng)用要求。因此當(dāng)前儲(chǔ)能電池的只要研究方向?yàn)殚_(kāi)發(fā)具有更高能量密度、更長(zhǎng)循環(huán)壽命以及更高安全性的鈉離子電池的電極材料。
　　本論文主要利用靜電噴霧沉積和化學(xué)合成法，分

2、別制備了碳包覆銻的薄膜(C/Sb)和納米多孔硬碳纖維負(fù)極材料，并對(duì)材料的碳包覆和納米多孔結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)鈉性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　在第一章中，簡(jiǎn)要說(shuō)明了鈉離子電池的基本組成結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)常見(jiàn)的鈉離子電池正負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，按照其結(jié)構(gòu)類(lèi)型對(duì)于電極材料進(jìn)行了分析。
　　靜電噴霧沉積作為一種薄膜的制備方法，在眾多領(lǐng)域內(nèi)都有所應(yīng)用。在第二章中對(duì)這一技術(shù)的裝置和工作原理進(jìn)行了闡述，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)中使用的其它儀器和表

3、征手段進(jìn)行了介紹。
　　在第三章中，我們利用通過(guò)靜電噴霧技術(shù)制備三維網(wǎng)狀多孔C/Sb復(fù)合負(fù)極材料。它顯示出優(yōu)良的可逆容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能:0.2C條件下可逆容量達(dá)到630 mAh g-1，達(dá)到理論比容量的96％。3C電流密度下900次循環(huán)后仍保持224mAh g-1的比容量。這歸因于獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):均一尺寸的納米級(jí)銻粒子更利于鈉離子的存儲(chǔ);多孔碳基體能有效緩解銻粒子的團(tuán)聚和體積膨脹;多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)易于電解液的浸潤(rùn)。
　

4、　在第四章中，我們選用具有高吸水性的細(xì)菌纖維素為模板，設(shè)計(jì)制備得到N，O共摻雜的三維納米多孔硬碳纖維材料。在合成過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整KOH的用量，來(lái)控制所得三維納米多孔硬碳纖維的比表面積和孔徑大小。它展現(xiàn)了高的可逆容量和超長(zhǎng)循環(huán)性能:在100 mAg-1條件下循環(huán)100次后保持545 mAhg-1的容量，在高電流密度2Ag-1下2000次長(zhǎng)循環(huán)后仍維持240 mAg-1。此外我們對(duì)三維納米多孔碳纖維電極材料的儲(chǔ)鈉機(jī)理進(jìn)行了探究，高的比表面積

5、和多孔結(jié)構(gòu)更利于電解液的浸潤(rùn)，而N，O共摻雜提高了碳材料的導(dǎo)電性和表面親水性。二者協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)有效提高其儲(chǔ)鈉的循環(huán)穩(wěn)定性和快速充放電性能。
　　在第四章的基礎(chǔ)上，在第五章中，我們成功合成了三維B,N共摻雜硬碳納米纖維自支撐電極材料，展現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)性能:100 mAg-1電流密度下100次循環(huán)后仍有581mAhg-1的比容量，且10Ag-1電流密度下比容量有277 mAhg-1。所得到的顯著性能歸因于B，N共摻雜所產(chǎn)生的缺陷、