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《中北大学》 2018年
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多层次锑/碳微纳杂化锂/钠离子电池负极材料制备及性能研究

梁苏哲  
【摘要】:随着全球储能领域对二次电池需求不断增长,制备高能量密度、长循环寿命替代负极材料成为全球能源发展必行之举。由于高理论比容量(660 mAh g~(-1))、合适工作电位(0.8 V~0.9 V vs.Li/Li~+、0.5 V~0.8 V vs.Na/Na~+),锑被视为很有潜力的锂/钠离子电池负极材料。然而,锑在电池充放电过程中体积效应剧烈,导致其循环稳定性较差,阻碍了实际应用。目前,缓解锑基负极材料在充放电过程中体积膨胀策略主要有三种:减小锑颗粒尺寸、构筑多层次结构、与其它缓冲基质材料进行复合。本论文将纳米化与复合化策略相结合,缓解锑基负极材料体积膨胀,改善锑基负极材料电化学性能。在本研究工作中,建立了一种简便易行、可规模化放大的锑基负极材料合成方法,成功制备多层次锑/碳微纳杂化材料,作为锂/钠离子电池负极材料同时具有微米材料和纳米材料优点,有效改善锑基锂/钠离子电池电化学性能。本论文研究成果主要有以下几点:(1)建立简便易行、可规模化放大,多层次锑/碳微纳杂化材料可控合成方法。采用双官能团丙烯酸酯树脂单体作为溶剂和碳源,液态丁氧基锑作为前驱体,在分子水平将丁氧基锑溶解在树脂单体溶液中,结合快速光照聚合方法,将锑前驱体与聚合物交联网络相结合。通过氩气/氢气气氛煅烧碳热还原过程,原位制备锑纳米粒子,并且均匀分布在原位生成碳基质中。相比于纯碳材料,所制备锑/碳杂化锂离子电池负极材料循坏和倍率性能均有显著改善。在66 mA g~(-1)电流密度下循环300次之后,锑/碳杂化材料在常规负载质量密度下可逆比容量为362 mAh g~(-1),容量保持率为79%。而在较小负载质量密度下,100次循环之后可逆比容量为793 mAh g~(-1)。另外,对锑/碳杂化钠离子电池负极材料电化学性能也开展了相关研究工作。(2)对多层次锑/碳微纳杂化材料结构与锂电性能调控进行了深入研究。重点研究煅烧时间和煅烧温度对锑/碳杂化材料结构和电化学性能的影响。研究发现,煅烧时间过长、煅烧温度低于或者高于锑熔点,都不利于锑/碳杂化材料结构调控以及锂电性能优化。在600?C煅烧10小时条件下,锑/碳杂化负极材料电化学性能达到最优。(3)针对锑/碳微纳杂化材料倍率性能较差问题进行研究。采用二氧化碳活化方法对锑/碳微纳杂化材料进行处理,在碳基质中构筑介孔结构,有效改善锑/碳杂化材料倍率性能。相对于未活化样品,大电流密度下倍率性能得到明显改善。此外,活化锑/碳杂化材料作为钠离子电池负极材料,也具有较好的电化学性能。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM912

【参考文献】
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