鈉離子電池較其他電池體系具有資源豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì),在大規(guī)模能源儲(chǔ)存領(lǐng)域被視為是具有相當(dāng)潛力的二次電池體系。推動(dòng)鈉離子電池進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)高性能的電極材料。本論文對(duì)用于鈉離子電池負(fù)極材料的CoSe₂/碳納米纖維（CoSe₂@CNFs）復(fù)合材料開(kāi)展了研究。主要研究?jī)?nèi)容和所獲得的結(jié)果如下:（1）采用靜電紡絲法并結(jié)合熱處理碳化工藝,制備了CoSe₂@CNFs的前驅(qū)體Co@CNFs復(fù)合材料,研究了熱處理工藝對(duì)Co@CNFs形貌及結(jié)構(gòu)影響。通過(guò)調(diào)控?zé)崽幚砉に噮?shù),優(yōu)化了Co納米顆粒的尺寸。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Co納米顆粒隨機(jī)鑲嵌在碳納米纖維基質(zhì)內(nèi),當(dāng)碳化時(shí)間為1 h時(shí),Co₁@CNFs復(fù)合材料中的Co納米顆粒尺寸在5-20 nm,材料呈現(xiàn)有最佳力學(xué)特性的柔性三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),靜電紡絲源物質(zhì)中的氮元素駐留在所形成的碳納米纖維中,實(shí)現(xiàn)了碳纖維制備過(guò)程中的原位氮摻雜。（2）將前驅(qū)體材料Co₁@CNFs和硒粉混合燒結(jié)制備了CoSe₂@CNFs復(fù)合材料,研究... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

大功率鈉離子電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖[4]

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文CoSe2/碳納米纖維復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備及其儲(chǔ)鈉性能2此，在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用中，鈉離子電池被認(rèn)為是鋰離子電池最具潛力的替代對(duì)象（圖1-1），不僅成本低，還具有功率密度高、全氣候適應(yīng)性和電池可回收性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[4]，而且，能夠滿足能源存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的需求。1.1鈉離子電池1.1.1工作原理早在二十世紀(jì)70年代后期，鈉離子電池和鋰離子電池幾乎同時(shí)引起了科研工作者的注意[5,6]。然而，鋰離子電池的快速商業(yè)化轉(zhuǎn)移了人們對(duì)鈉離子電池的注意力[7]。直到2000年，Stevens和Dahn[8]發(fā)現(xiàn)了Na+可以通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)嵌入到硬碳中，這成為鈉離子電池復(fù)興的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，鈉離子電池再次受到科研工作者的關(guān)注。如圖1-2所示，原理上鈉離子電池和鋰離子電池是相似的，充放電過(guò)程中，鈉鹽電解液可充分浸潤(rùn)電池電極，Na+借助電解液在電池的正負(fù)極之間運(yùn)動(dòng)。充電時(shí)，Na+從高壓正極脫出，通過(guò)電解液遷移擴(kuò)散并嵌入低壓負(fù)極。一般而言，正極工作電壓（相對(duì)Na/Na+）約為3.0V或者更高，理想的負(fù)極工作電壓（相對(duì)Na/Na+）低于1.0V。從熱力學(xué)角度上講，充電時(shí)電子通過(guò)外電路從正極到負(fù)極為“上坡”過(guò)程，放電時(shí)氧化還原對(duì)的最低自由能使“下坡”過(guò)程發(fā)生，電子從負(fù)極釋放并通過(guò)外電路傳輸，從而為負(fù)載提供電能[9]。圖1-2鈉離子電池工作原理示意圖[10]。

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文CoSe2/碳納米纖維復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備及其儲(chǔ)鈉性能4設(shè)計(jì)并制備納米復(fù)合材料是獲得高性能鈉離子電池的有效策略。1.2鈉離子電池負(fù)極研究現(xiàn)狀圖1-3鋰離子電池材料的不同反應(yīng)機(jī)理[21]。與鋰金屬比較，鈉金屬穩(wěn)定性更差，與大多數(shù)電解質(zhì)可形成不穩(wěn)定的鈍化層，不可直接用于電池負(fù)極。因此，迫切需要尋找電壓窗口合適、可逆性好和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鈉離子電池負(fù)極材料[22]。鈉離子電池負(fù)極存儲(chǔ)機(jī)理與鋰離子電池相似，所以，很多用于鋰離子電池的負(fù)極材料被直接用于鈉離子電池。與電荷插入到鋰離子電池負(fù)極材料中的情況相似，將Na+嵌入負(fù)極材料的過(guò)程分為插層反應(yīng)、合金化反應(yīng)和轉(zhuǎn)化反應(yīng)。圖1-3給出了清晰的說(shuō)明，示意了這三種電荷嵌入機(jī)制及其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化。根據(jù)上述電荷嵌入機(jī)理，我們可將鈉離子電池負(fù)極材料分為五類：（1）基于插層反應(yīng)的碳材料；（2）基于插層反應(yīng)的鈦基化合物；（3）基于合金化反應(yīng)的負(fù)極材料；（4）基于轉(zhuǎn)換反應(yīng)的負(fù)極材料；（5）有機(jī)化合物。如圖1-4所示，迄今已開(kāi)發(fā)出基于這些材料的許多納米復(fù)合材料作為鈉離子電池的負(fù)極材料[21]。1.2.1插層反應(yīng)負(fù)極材料基于插層反應(yīng)的負(fù)極材料主要包括碳材料和鈦基化合物。迄今為止，許多碳材料，例如硬碳、非晶碳、碳納米管、碳納米纖維和石墨烯等被證實(shí)具有鈉存儲(chǔ)活性[23]，證明了碳材料作為負(fù)極材料在熱力學(xué)上是可行的[24-27]。Na+插入碳材料的孔隙或者層間時(shí)，通過(guò)氧化還原反應(yīng)與碳材料發(fā)生作用[28]，Na+是以NaxC6（0.05<x<0.5）形式存在[20]。具體來(lái)講，Na+插入石墨基負(fù)極形成NaC70，插入焦炭、乙炔黑負(fù)極分別形成NaC30和NaC15。


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