鈉與鉀在地球上含量豐富、成本低廉。特別是,它們與鋰的化學(xué)性質(zhì)十分相似,電極電勢(shì)也非常接近,因此,若能夠基于鈉/鉀離子嵌入反應(yīng)構(gòu)建高性能儲(chǔ)能電池,在規(guī)模儲(chǔ)能方面更具資源與環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。具有鈉的快離子導(dǎo)體（NAtrium Super Ionic CONductor,NASICON）結(jié)構(gòu)的鈦基材料具有穩(wěn)固的三維框架結(jié)構(gòu)、高的離子電導(dǎo)率以及優(yōu)異的分子調(diào)變性,因而被認(rèn)為是極具應(yīng)用前景的新型二次電池負(fù)極材料。本論文以鈦基NASICON結(jié)構(gòu)材料為研究對(duì)象,從材料的功能化設(shè)計(jì)、表/界面修飾和顆粒尺寸剪裁等幾個(gè)層次出發(fā),提升材料可逆比容量,優(yōu)化倍率性能,獲得了幾種電化學(xué)性能優(yōu)異的負(fù)極材料。首先,我們采用溶膠凝膠法制備了Ca0.5Ti2（PO4）3@C納米復(fù)合材料。通過(guò)在堿土金屬元素位置引入空位,有效地提高了NASICON結(jié)構(gòu)材料的電化學(xué)儲(chǔ)鈉可逆比容量。其次,我們發(fā)現(xiàn)Ag Ti2（PO4）3材料存在電化學(xué)“自包覆”現(xiàn)象。首次放電后產(chǎn)生的Ag納米顆粒包覆在反應(yīng)物表面,可以有效提高負(fù)極材料的導(dǎo)電率,從而提升儲(chǔ)鈉性能。隨后,我們采用靜電噴霧法制備了納米顆粒自組裝的微球形貌的KTi2（PO4）3材料。這種獨(dú)特的“分... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
內(nèi)容提要
中文摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 二次電池概述
        1.2.1 鈉/鉀離子二次電池的組成
        1.2.2 鈉/鉀離子二次電池的工作原理
        1.2.3 二次電池的關(guān)鍵參數(shù)
    1.3 負(fù)極材料
        1.3.1 負(fù)極材料的儲(chǔ)能機(jī)制
        1.3.2 電極材料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素
    1.4 鈦基負(fù)極材料在鈉/鉀離子電池中的應(yīng)用
        1.4.1 二氧化鈦
        1.4.2 鈦基MXene材料
        1.4.3 鈦基層狀過(guò)渡金屬氧化物
        1.4.4 鈦酸鹽
        1.4.5 鈦基磷酸鹽
    1.5 本論文選題意義及研究?jī)?nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第2章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及實(shí)驗(yàn)儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 樣品的物性表征
        2.2.1 X射線衍射分析
        2.2.2 掃描電子顯微鏡
        2.2.3 透射電子顯微鏡
        2.2.4 拉曼光譜分析
        2.2.5 熱重分析
        2.2.6 CHN元素分析
        2.2.7 氮?dú)馕摳椒治?br>    2.3 樣品的電化學(xué)性質(zhì)表征
        2.3.1 電池的組裝
        2.3.2 恒流充放電測(cè)試
        2.3.3 循環(huán)伏安測(cè)試
        2.3.4 電化學(xué)交流阻抗測(cè)試
        2.3.5 恒電流間歇滴定技術(shù)
第3章 高比容量Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C納米復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備與儲(chǔ)鈉性質(zhì)的研究
    3.1 前言
    3.2 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C的制備及表征方法
        3.2.1 材料的制備
        3.2.2 材料的物性表證
        3.2.3 材料的電化學(xué)性能測(cè)試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C納米復(fù)合材料的物理性質(zhì)
        3.3.2 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C復(fù)合材料的電化學(xué)性質(zhì)
        3.3.3 Ca_(0.5)Ti_2(PO_4)_3@C復(fù)合材料的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第4章 新型NASICON結(jié)構(gòu)負(fù)極材料AgTi_2(PO_4)_3的新奇電化學(xué)儲(chǔ)鈉機(jī)制研究
    4.1 前言
    4.2 AgTi_2(PO_4)_3的制備和表征
        4.2.1 材料的制備
        4.2.2 材料的物性表征
        4.2.3 材料的電化學(xué)性能測(cè)試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 AgTi_2(PO_4)_3材料的結(jié)構(gòu)和形貌特征
        4.3.2 AgTi_2(PO_4)_3材料的電化學(xué)性質(zhì)
        4.3.3 AgTi_2(PO_4)_3材料的儲(chǔ)鈉機(jī)制研究
        4.3.4 AgTi_2(PO_4)_3材料的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)研究
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第5章 KTi_2(PO_4)_3@C微米球的制備與電化學(xué)儲(chǔ)鈉和儲(chǔ)鉀性質(zhì)的研究
    5.1 前言
    5.2 KTi_2(PO_4)_3@C的制備和表征
        5.2.1 材料制備
        5.2.2 材料的物性表征
        5.2.3 材料的電化學(xué)性能測(cè)試
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 KTi_2(PO_4)_3@C納米復(fù)合材料的形貌表征
        5.3.2 KTi_2(PO_4)_3@C納米復(fù)合材料的電化學(xué)性質(zhì)
        5.3.3 KTi_2(PO_4)_3@C納米復(fù)合材料在嵌鈉、嵌鉀反應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)研究
    5.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第6章 “water-in-salt”型水系鉀離子電池電解液及其應(yīng)用研究
    6.1 前言
    6.2 電解液與電極材料的制備及表征方法
        6.2.1 電極的制備
        6.2.2 電解液的制備
        6.2.3 電極材料的表征
        6.2.4 電化學(xué)性能測(cè)試
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 對(duì)電極活性炭的物理性質(zhì)
        6.3.2 KTi_2(PO_4)_3@C在不同濃度電解液中的電化學(xué)性質(zhì)
        6.3.3 KTi_2(PO_4)_3@C在30 m乙酸鉀溶液(“water-in-salt”電解液)中的電化學(xué)性質(zhì)
    6.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 工作展望
作者簡(jiǎn)介及攻讀博士學(xué)位期間所取得的學(xué)術(shù)成果
致謝



本文編號(hào)：3719823