由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好等優(yōu)點(diǎn),鋰離子電池被廣泛地應(yīng)用于電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。然而,商業(yè)化的鋰離子電池存在形狀固定、可伸縮性差和難以微型化等缺點(diǎn),不能滿足日益增長(zhǎng)的柔性化、微型化的新型電子器件的儲(chǔ)能需求。此外,地殼中鋰含量不豐富且分布不均勻,使得鋰離子電池的成本急劇增加,大大地限制了鋰離子電池在電網(wǎng)儲(chǔ)能等大型儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,開發(fā)具備良好電化學(xué)性能的用于柔性化、微型化電子器件的鋰離子電池和尋找可以替代鋰離子電池用于大型儲(chǔ)能領(lǐng)域的可充電電池亟待探索研究。相比于傳統(tǒng)的電極材料,自支撐薄膜電極材料直接牢固地生長(zhǎng)在集流體上,彎折時(shí)不易與集流體分離,可以在一定程度上改善傳統(tǒng)涂布法難以制備柔性鋰離子電池的缺點(diǎn)。此外,由自支撐電極材料制備的薄膜鋰離子電池不但具有較高的能量密度和可靠的安全性,而且可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)成任意形狀。由于具有以上優(yōu)點(diǎn),薄膜鋰離子電池更加適用于柔性和微型化電子器件的儲(chǔ)能要求。另外一方面,與鋰元素相比,鈉元素在地殼中的儲(chǔ)量更加豐富,低廉的成本以及相似的理化性質(zhì),使其更適合于電網(wǎng)儲(chǔ)能等對(duì)能量密度和成本控制有較高要求的儲(chǔ)能設(shè)備。近年來(lái),鈉離子電池的研究發(fā)展迅速... 

【文章來(lái)源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池的工作原理示意圖

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文3前，過(guò)渡金屬氧化物、有機(jī)分子、聚合物和聚陰離子類材料是研究最多的鈉離子電池正極材料[5]。研究較多的負(fù)極材料有碳材料、金屬化合物（金屬氧化物、硫化物、硒化物等）、合金材料等[6-8]。圖1.2鈉離子電池的工作原理示意圖1.2.2鋰/鈉離子電池負(fù)極材料存在的問(wèn)題鋰/鈉離子電池存在電極材料的選擇、充放電過(guò)程的可逆性、電解液與電極材料存在副反應(yīng)等問(wèn)題需要解決。根據(jù)電極材料的反應(yīng)機(jī)理不同，通常將電極材料分為嵌入型、轉(zhuǎn)化型和合金型。以碳基材料為代表的嵌入型負(fù)極材料在首圈放電時(shí)會(huì)形成較厚的固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI），導(dǎo)致首圈庫(kù)倫效率低。以金屬氧化物、金屬硫化物為代表的轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料的電子電導(dǎo)性差，充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不可逆的體積畸變，極大地影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性。以硅基、錫基為代表的合金型負(fù)極材料導(dǎo)電性較差，首圈不可逆容量大且合金化時(shí)存在巨大的體積膨脹造成電極材料循環(huán)性能的急劇下降。只有解決以上問(wèn)題才能改善鋰/鈉離子電池的電化學(xué)性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化。1.3鋰離子電池負(fù)極材料根據(jù)儲(chǔ)鋰機(jī)制的不同，人們將鋰離子電池負(fù)極材料分為嵌入型、轉(zhuǎn)化型和合金型三類[9]。

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文41.3.1嵌入型負(fù)極材料嵌入型負(fù)極材料多為具有層狀結(jié)構(gòu)或三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米材料，在充放電過(guò)程中，鋰離子在層間進(jìn)行可逆的嵌入/脫出反應(yīng)。常見的嵌入型負(fù)極材料為碳基材料和二氧化鈦。圖1.3鋰離子電池碳基負(fù)極材料的分類如圖1.3所示，碳基負(fù)極材料一般分為石墨類和無(wú)定型碳類兩大類[10]。由于結(jié)晶度和結(jié)構(gòu)存在差異，石墨和無(wú)定型碳的物化性質(zhì)存在明顯的差異。1.3.1.1石墨類碳材料作為典型的層狀結(jié)構(gòu)材料，石墨的層間距較小（0.335nm），在進(jìn)行大電流密度充放電時(shí)，Li+的擴(kuò)散速率較小從而導(dǎo)致Li+不易嵌入與脫出，造成可逆容量的衰減以及循環(huán)性能的下降[11]。此外，在充放電過(guò)程中，石墨的層間距會(huì)發(fā)生較大的變化，Li+嵌入石墨中形成LixC6時(shí)的層間距為0.37nm，同時(shí)容易發(fā)生溶劑共嵌反應(yīng)造成石墨層的脫落，從而嚴(yán)重地影響循環(huán)性能及使用壽命[12]。由圖1.3可知，石墨類碳材料分為天然石墨和人工石墨兩大類。由于天然石墨制備的電極片在組裝成電池時(shí)會(huì)發(fā)生溶劑共嵌現(xiàn)象，導(dǎo)致充放電過(guò)程中天然石墨發(fā)生脫落從而影響電化學(xué)性能。常用的人工石墨是經(jīng)過(guò)改性的石墨，通過(guò)摻雜雜原子、改變結(jié)構(gòu)形貌等方法可以有效地改善電化學(xué)性能。1.3.1.2無(wú)定型碳類碳材料由圖1.3可知，無(wú)定形碳材料分為軟碳和硬碳兩大類。無(wú)定形碳材料作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)的容量明顯高于石墨電極的理論容量，對(duì)此，科研人員提出了三種儲(chǔ)鋰機(jī)制來(lái)解釋該現(xiàn)象：Li2儲(chǔ)鋰機(jī)理[13]、單層石墨片儲(chǔ)鋰機(jī)理[14]、微孔儲(chǔ)鋰機(jī)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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