模板法制备原位掺杂碳负极材料及其储钠性能研究

摘要

由于地壳中钠资源在丰度和分布上相对于锂资源的优势，钠离子电池(SIBs)成为未来取代锂离子电池(LIBs)最有前景的能源存储体系之一。然而，由于Na+半径比Li+大得多，SIBs在容量和动力学上存在一定的劣势，寻找和开发合适的电极材料是解决该问题的关键。碳材料由于其来源广泛，价格低廉和稳定性好受到广泛关注，但较低的容量和较差的倍率性能限制了其进一步应用。本论文从结构和成分两方面对其进行设计，使二者协同作用改善碳材料在SIBs中的电化学性能。主要内容如下:
　　(1)以V2O5纳米线为模板，多巴胺为碳源和氮源，通过聚合包覆和后续碳化制备原位氮掺杂碳纳米管(N-CNTs)。其交联的一维管状结构提供了分级孔，加之极薄的管壁，大的碳层间距和氮原子掺杂，这使得N-CNTs作为SIBs负极材料具有优异的倍率性能和循环稳定性。其在10Ag-1仍保留有91.7mAh g-1的容量，在1和5Ag-1下循环1000圈后，仍然分别具有125.5和1042mAh g-1的高比容量。
　　(2)以水滑石为模板，对苯乙烯磺酸钠为碳源和硫源，将前驱物插入水滑石层板之间对其进行二维限域，通过碳化处理制备超薄原位硫掺杂碳纳米片(HSC700)。由于其超薄的二维结构，高的硫掺杂量，大的比表面积和分级孔结构，HSC700在SIBs中体现了优异的综合电化学性能。其在0.1和10Ag-1能提供336.3和125.0mAh g-1的高容量，在1和5A g-1下也具有良好的循环稳定性。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 钠离子电池概述

1．2．1 钠离子电池工作原理

1．2．2 钠离子电池电极材料反应机理

1．2．3 钠离子电池电极材料

1．3 碳负极材料

1．3．1 石墨

1．3．2 无定型碳及其改性方法

1．4 本文选题背景和主要内容

第2章 以V2O5纳米线为模板制备原位氮掺杂碳纳米管及其储钠性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 电极材料的制备以及电化学分析

2．2．4 材料表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 材料表征

2．3．2 电化学性能测试

2．3．3 N-CNTs储钠机制分析

2．4 本章小结

第3章 以水滑石为模板制备原位硫掺杂碳纳米片及其储钠性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 原位硫掺杂碳纳米片的制备以及电化学分析

3．2．4 材料表征方法

3．3 结果与分析

3．3．1 材料表征

3．3．2 电化学性能测试

3．3．3 HSC700储钠机制分析

3．4 本章小结

4．1 结论

4．2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文