在便攜式終端設備、新能源汽車和儲能電站急速發(fā)展的當下,消費者對鋰離子電池的性能要求愈加苛刻。傳統(tǒng)負極材料,如石墨,因其較低的容量(理論容量372mA h g^-1)和較差的倍率性能,難以滿足高性能鋰離子電池的發(fā)展需求。此外,匱乏的鋰資源及高昂的成本也制約了鋰離子電池的未來發(fā)展。因此,學者們一方面開發(fā)鋰離子電池的高性能負極材料,另一方面尋找可替代的電池體系。硅材料由于其具有極高的儲鋰容量(⁴200 mA h g^-1)成為新型鋰離子電池負極材料的理想選擇,而鈉離子電池因鈉資源儲量豐富、化學性質與鋰相近而極有可能成為未來鋰離子電池的替代產品。而在諸多負極材料中,碳基負極材料具有較高的儲鋰/鈉理論容量,同時低成本、高電導率和結構可控的優(yōu)良特性也使得碳基材料更容易制備,是高性能鋰/鈉離子電池負極材料的最優(yōu)選。本論文對碳基材料進行研究,開發(fā)出具有優(yōu)異電化學性能的鋰/鈉離子電池碳基負極材料。研究結果如下:1.以微擴層石墨為基體材料,混合少量納米硅,并加入瀝青使其在燒結過程中熱解,制備碳包覆的硅碳復合材料。結果表明,熱解碳緊密包覆聯(lián)結納米... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）鈦酸鋰晶體結構（b）嵌鋰后的鈦酸鋰晶體結構

此外，硅材料在粉化過程中會暴露出新鮮的材料表面，充放電循環(huán)過程中同電解液劇烈反應，導致 SEI 膜的無限生長，過度消耗電解液中的鋰，不可逆容量進一步升高，循環(huán)性能下降嚴重，如圖1.9。不僅硅元素如此，合金化負極材料體積膨脹的通病是目前其無法滿足高性能鋰離子電池的癥結所在，因此國內外研究者從電極材料的結構和組成設計上進行方案設計，以改善合金型材料的電化學性能。首先是減小合金型材料的晶粒尺寸，通過納米化的方式降低材料體積，控制材料的表面形貌，減小體積變化對電極整體的壓力，進而提高充放電循環(huán)中電極材料的穩(wěn)定性[46]。其次是設計多孔結構的電極材料，增加電解液接觸面積，減少鋰離子傳輸路徑，同時多孔結構能減少合金型

用氧化法制備膨脹石墨，將石墨層間距擴大到 0.43nm，以此提升儲鈉的可，然而氧化擴層導致的一系列副反應造成電池首次效率太低，無法進一步商產，因此石墨類材料無法作為鈉離子電池負極材料的首選。相對于高度石墨化的石墨類材料，無定形碳材料因為其較高混亂度的微，被認為是鈉離子電池負極材料的最優(yōu)選之一。如圖 1.12，軟碳和硬碳都是碳，其中軟碳又稱為易石墨化碳，其在 2800oC 以上可以石墨化，微晶結構對有序，層間距較為接近石墨類材料，因此其電導率較高。軟碳的前驅體來香族一類，如瀝青、焦、煤等石油類產品[64]。軟碳嵌鈉過程沒有明顯平臺，線在 1.0-0.01V 電壓區(qū)間內呈現(xiàn)出一條傾斜曲線。研究發(fā)現(xiàn)，軟碳具有較多缺陷，缺陷位點處的結合能較高，因此導致軟碳放電平臺較高，軟碳的儲鈉要來源于缺陷存儲，在充放電過程中部分鈉也會嵌入微晶層間[64,65]。即便如高的混亂度，以及缺陷存儲的機理也導致軟碳材料呈現(xiàn)出較高的不可逆容首次效率較低。另一方面，軟碳較高的儲鈉電位能夠避免大電流下鈉的沉積電池的極化反應，材料的倍率性能較好。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈉離子電池正極材料研究進展[J]. 方永進,陳重學,艾新平,楊漢西,曹余良.  物理化學學報. 2017(01)
[2]碳基負極材料儲鈉反應的研究進展[J]. 邱珅,吳先勇,盧海燕,艾新平,楊漢西,曹余良.  儲能科學與技術. 2016(03)



本文編號：3208798