聚丙烯腈（PAN）基硬碳作為一種有機(jī)聚合物熱解碳,制備溫度較低,擁有大的層間距和無(wú)序結(jié)構(gòu),具有殘?zhí)柯矢�、�?dǎo)電性好、充放電功效好、循環(huán)壽命高等優(yōu)點(diǎn),成為首選的鋰/鈉離子電池的負(fù)極材料。本文制備了不同形貌及微觀結(jié)構(gòu)的PAN硬碳材料與PAN/木質(zhì)素復(fù)合硬碳材料,詳細(xì)研究了形貌及微觀結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)鋰/鈉電性能的關(guān)系,探索了硬碳材料在鋰/鈉離子電池中的儲(chǔ)能機(jī)理。本文以PAN為原料,通過(guò)工藝簡(jiǎn)單的穩(wěn)定化和炭化過(guò)程制備出核桃仁狀的新型硬碳微球,將其作為鋰/鈉離子電池負(fù)極材料。隨著炭化溫度升高,其儲(chǔ)鋰可逆容量逐漸下降,儲(chǔ)鈉可逆容量先上升后下降,首次庫(kù)倫效率和倍率循環(huán)性能均有所提高。其中,1250℃炭化樣品的綜合性能最佳:在0.02 A/g下,首次儲(chǔ)鋰可逆容量是348 mAh/g,首次庫(kù)倫效率為85%;首次儲(chǔ)鈉可逆容量是182 mAh/g,首次效率為74%。在0.8 A/g下,儲(chǔ)鋰可逆容量為89 mAh/g,但儲(chǔ)鈉可逆容量在0.2 A/g時(shí)就降為20 m Ah/g。本研究中還采用靜電紡絲法結(jié)合熱處理工藝制備出了PAN碳納米纖維。PAN碳納米纖維獨(dú)特的納米纖維形貌和三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使之與PAN硬碳微球相比,儲(chǔ)鋰... 

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鋰離子電池工作原理示意圖

第一章 文獻(xiàn)綜述O2擁有多種晶體結(jié)構(gòu)，共邊排列的 MO6組成過(guò)渡金屬氧八面體中間時(shí)為 On結(jié)構(gòu)，Na 占據(jù) MO6層間的三角過(guò)渡金屬重復(fù)堆積的周期[54-55]。圖 1-2 展示了 O3 和 P同晶體結(jié)構(gòu)的材料具有不同的電化學(xué)性能。如 P2-NaxC P3-NaxCoO2，且與其他結(jié)構(gòu)的 NaxCoO2相比，P2-Na0 60 Wh/kg）是最高的[56-57]。單斜結(jié)構(gòu)的 NaMnO2首次的 Na0.6MnO2的首次容量則為 140 mAh/g，但兩者的循兩種及以上金屬離子的多元復(fù)合金屬氧化物近年來(lái)也合物 NaNi0.5Mn0.5O2的可逆儲(chǔ)鈉容量是 125 mAh/g，循物[60]；P2-Na2/3Co2/3Mn1/3O2采用部分 Mn 取代了 P2-N決了后者出現(xiàn)多個(gè)充放電電位平臺(tái)的問(wèn)題[61]。

電化學(xué)不可逆，只能得到組成為 NaC64的高階嵌入化合物，可逆容量低（圖1-3b）[67]，也就是說(shuō)石墨材料不適合做鈉離子電池負(fù)極材料[67-68]。因此必須尋找能夠提供有效儲(chǔ)鈉空間的負(fù)極材料。目前研究較多的儲(chǔ)鈉負(fù)極材料主要有: 硬碳材料與石墨烯等新型碳材料、合金和氧化物等。圖 1-3 （a）石墨的嵌鈉結(jié)構(gòu)模型[46]，（b）石墨在鈉離子電池中的充放電曲線[67]Fig.1-3 (a) The structure model of sodium insertion into graphite[46], (b) Charge-dischargecurves of graphite in sodium-ion battery[67]硬碳的層間距比石墨要大，且擁有微孔結(jié)構(gòu)，可以提供更多的儲(chǔ)鈉活性位點(diǎn)，可逆嵌鈉容量在 100~300 mAh/g，是目前研究者關(guān)注較多的一類(lèi)儲(chǔ)鈉碳負(fù)極材料[69-71]。Komaba 等構(gòu)建的以硬碳作負(fù)極，NaNi0.5Mn0.5O2作正極的全電池表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能，首次可逆比容量是 250 mAh/g（以硬碳活性物質(zhì)的質(zhì)量為準(zhǔn)計(jì)算），經(jīng)過(guò) 50 次充放電后仍有 150 mAh/g 的容量[60]。此外

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]先進(jìn)儲(chǔ)鈉電極材料及其電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用[D]. 錢(qián)江鋒.武漢大學(xué) 2012



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