鋰離子電池由于具有能量轉(zhuǎn)化率高、能量密度大、環(huán)境污染小等優(yōu)點,在便攜式設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。但是,作為鋰離子電池常用負(fù)極材料的石墨因為理論比容量小等缺陷,越來越難滿足作為動力電源的能量需求。因此開發(fā)在大電流密度下放電比容量高,循環(huán)穩(wěn)定性好的負(fù)極材料具有十分重要的意義。同時,發(fā)展鈉/鉀離子電池儲能系統(tǒng)作為技術(shù)儲備也十分重要。磷作為鋰/鈉/鉀離子電池的負(fù)極材料成本較低且理論容量高達(dá)2596 mA h g^-1,潛力巨大。本文針對磷負(fù)極材料電導(dǎo)率差和在充放電過程中體積變化率大而造成的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能差的缺點,以提升磷負(fù)極材料的電池化學(xué)性能為目標(biāo),將磷與其他電導(dǎo)率高的元素結(jié)合,形成磷化物,并且通過設(shè)計和調(diào)控納米結(jié)構(gòu)來獲得可逆容量高、循環(huán)壽命長、高倍率充/放電性能好的儲鋰/鈉/鉀離子電池負(fù)極復(fù)合體系,以期為工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容如下:首先,設(shè)計和合成了一種具有納米棒狀結(jié)構(gòu)的磷化鐵/摻磷介孔碳材料。創(chuàng)制過程分成三步:即以氯化鐵和植酸(提供磷源和碳源)進行加熱攪拌絡(luò)合,得到絡(luò)合物,隨后把得到的絡(luò)合物用管式爐高溫加熱使其碳化,得到Fe₂P_...

【文章頁數(shù)】：153 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰/鈉/鉀離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池簡介
        1.2.2 鈉離子電池簡介
        1.2.3 鉀離子電池簡介
    1.3 鋰/鈉/鉀離子電池的優(yōu)勢以及劣勢分析
        1.3.1 鋰離子電池的優(yōu)劣勢分析
        1.3.2 鈉離子電池的優(yōu)劣勢分析
        1.3.3 鉀離子電池的優(yōu)劣勢分析
    1.4 鋰/鈉/鉀離子電池的負(fù)極材料概況
        1.4.1 鋰/鈉/鉀離子電池負(fù)極材料設(shè)計要求
        1.4.2 鋰離子電池的負(fù)極材料的概述
            1.4.2.1 鋰離子電池碳基負(fù)極材料
            1.4.2.2 合金負(fù)極材料
            1.4.2.3 過渡金屬氧化物負(fù)極材料
        1.4.3 鈉離子電池的負(fù)極材料概述
            1.4.3.1 鈉離子電池碳基負(fù)極材料
            1.4.3.2 鈉離子電池合金負(fù)極材料
            1.4.3.3 鈉離子電池金屬氧化物負(fù)極材料
            1.4.3.4 鈉離子電池金屬硫化物負(fù)極材料
        1.4.4 鉀離子電池的負(fù)極材料的概述
            1.4.4.1 鉀離子電池碳基負(fù)極材料
            1.4.4.2 鉀離子電池非碳基負(fù)極材料
    1.5 磷化物作為鋰/鈉/鉀離子電池負(fù)極材料的研究進展
        1.5.1 磷化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究進展
        1.5.2 磷基化合物作為鈉離子電池負(fù)極材料的研究進展
        1.5.3 磷化物作為鉀離子電池負(fù)極材料的研究進展
    1.6 本文研究的目的、意義和主要內(nèi)容
第二章 實驗設(shè)計與方法
    2.1 主要儀器設(shè)備和材料
        2.1.1 主要儀器設(shè)備
        2.1.2 實驗材料及化學(xué)試劑
    2.2 材料理化性質(zhì)表征
        2.2.1 掃描電子顯微鏡
        2.2.2 場發(fā)射透射電子顯微鏡
        2.2.3 X射線粉末衍射
        2.2.4 X射線光電子能譜
        2.2.5 熱重分析
        2.2.6 BET比表面積測試
        2.2.7 拉曼光譜分析
    2.3 等離子體輔助球磨機理
第三章 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的制備及其儲鋰性能
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的制備
        3.2.2 電池的制備及性能測試
        3.2.3 材料表征
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 磷化鐵還原條件探索
        3.3.2 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的形貌結(jié)構(gòu)表征
        3.3.3 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的儲鋰性能
        3.3.4 全電池性能測試
        3.3.5 磷化鐵納米棒/摻磷介孔碳材料的儲鈉性能
    3.4 本章小結(jié)
第四章 等離子體輔助球磨制備硒-磷-碳復(fù)合材料的儲鋰、儲鈉性能
    4.1 引言
    4.2 SE-P-C材料的制備與表征
        4.2.1 Se-P-C復(fù)合材料的制備
        4.2.2 電池的制備
        4.2.3 電化學(xué)測試
        4.2.4 材料表征
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 Se-P-C復(fù)合材料的制備機理
        4.3.2 不同球磨條件下制備的Se-P-C復(fù)合材料形貌與結(jié)構(gòu)
        4.3.3 Se-P-C復(fù)合材料的儲鋰性能
        4.3.4 Se-P-C復(fù)合材料的儲鈉性能
    5.4 本章小結(jié)
第五章 等離子體輔助球磨制備硒-磷-碳復(fù)合材料的儲鉀性能
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 電池的制備及使用設(shè)備
        5.2.3 材料表征
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 Se-P-C復(fù)合材料的儲鉀性能
        5.3.2 Se-2P/C@30h電極的循環(huán)失效機理分析
        5.3.3 Se-P-C復(fù)合材料電極的充放電反應(yīng)機理分析
    5.4 本章小結(jié)
全文總結(jié)與工作展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 創(chuàng)新性
    6.3 全文展望
附錄
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號：3774107