碳包覆无定形二元硫化物中空纳米结构的可控构筑及其储锂/钠性能研究

摘要

化石燃料是人类社会生存和发展的基石。伴随着人类社会的发展与进步，不断增长的能源消耗及其使用所带来的能源与环境问题已成为人类社会生存发展面临的严峻挑战，建立可再生能源体系已经成为是我国可持续发展的重要战略。不同于化石能源为主的传统能源，以潮汐能、风能、太阳能为代表的新能源在功率输出上具有较大的随机性与间歇性。因此，开发可智能化管理的大规模能量存储系统是至关重要的。截止到目前，一些潜在的可再生能源和技术已经涌现并在特定领域得到应用。在各种储能技术中，二次电池具有适应性广、能量转换效率高、操作简便及管理方便等优点，被看作是电能存储最有前景的方式之一。其中基于锂、钠的二次电池因其能量密度高，环境友好，无记忆效应，自放电率低的优点而成为当前综合性最好的二次电池储能体系之一。但随着高能耗产业如电动交通工具等的迅猛发展，传统二次电池的性能已不敷使用，急需发展能量密度数倍于现有材料、综合使役性能更优的高性能电极材料。针对这一问题，本文基于模板辅助化学刻蚀与聚合物原位包覆技术，建立了一种碳包覆无定型双金属硫化物中空纳米结构的构筑新策略以实现高性能锂/钠离子电池负极材料的设计构筑，主要结果如下：
　　(1)基于模板辅助化学刻蚀与聚合物原位包覆技术，建立了一种碳包覆无定型双金属硫化物中空纳米结构的构筑新策略。所制得的CoSnSx@NC中空纳米盒复合结构具有优异的储钠性能，大电流密度下循环寿命长达4000次，衰减速率仅为0.0075%。可应用为高性能锂离子电池负极材料时，CoSnSx@NC中空纳米盒在2.0—5.0A g-1电流密度下循环500次后，容量保持率仍可达93%以上。
　　(2)基于高能球磨技术发展了碳包磷酸钒钠复合物正极材料的新型合成工艺，并将之与碳包覆无定型钴锡双金属硫化物负极材料匹配建立钠离子全电池构建技术方案。获得的钠离子全电池能量密度达86.6Wh kg-1，循环稳定性优异，具有应用前景。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 二次电池简介

1.3 锂离子电池概述

1.4 钠离子电池概述

1.5 中空纳米材料及其在锂/钠离子二次电池中的应用

1.6 过渡金属硫化物在锂/钠离子二次电池中的应用

1.7 本文主要研究思路与工作

2 实验测试的原理及方法

2.1 主要化学式剂

2.2 主要实验仪器及设备

2.3 实验表征方法

2.4 电化学性能测试

3 碳包覆无定型钴锡双金属硫化物中空纳米盒

3.1 引言

3.2 CoSnSx@NC中空纳米盒的制备策略

3.3 CoSnSx@NC中空纳米盒的形貌结构分析

3.4 CoSnSx@NC中空纳米盒的化学组成分析

3.5 CoSnSx@NC中空纳米盒的储锂性能

3.6 CoSnSx@NC中空纳米盒的储钠性能

3.7 本章小结

4 基于CoSnSx@NC的钠离子全电池

4.1 引言

4.2 Na3V2(PO4)3正极材料的研究现状

4.3 Na3V2(PO4)3/C正极材料的制备策略

4.4 Na3V2(PO4)3/C正极材料的结构组成分析

4.5 Na3V2(PO4)3/C正极材料的电化学储钠性能

4.6 基于CoSnSx@NC与Na3V2(PO4)3/C电极材料钠离子全电池

4.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢