高性能磷酸盐二次电池电极材料构效关系的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 胡朴 |
| 答辩日期 | 2016-05-25 |
| 文献子类 | 博士 ; 学位论文 ; 博士 ; 学位论文 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 崔光磊 |
| 关键词 | 钠离子电池 锂离子电池 锌离子电池 电极材料 磷酸盐 |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 英文摘要 | 随着新能源技术的不断发展和应用，开发新型电化学储能技术越来越迫切。本论文围绕二次电池储包括钠离子电池、锂离子电池、锌离子电池等关键材料的磷酸盐电极材料开展了一系列研究，主要包括以下几个部分工作： （1）研究了B掺杂改性磷酸盐电极材料Na3V2P3-xBxO12 (0 ≤ x ≤ 1) 作为钠离子电池正极材料的电化学性能。采用实验和计算相结合的方法揭示了不同B掺杂量样品的晶体结构和电子结构的演化以及Na+储存性能。Na3V2P3-xBxO12 (0 ≤ x ≤ 1/3)呈现略微扭曲的六方晶系Na3V2(PO4)3的结构。精细结构解析和理论计算表明掺杂后材料V-O键长的缩短引起局域结构的改变，带隙变窄，离子迁移势垒降低。电化学性能研究发现，Na3V2P3-1/6B1/6O12样品具有最佳的结构稳定性和电化学性能。 （2）开发了一种新型的V-系磷酸盐钠离子电池负极材料。电化学性能测试发现，在0.05 V- 3.0 V之间循环1 C 可逆容量为146 mAh g-1，通过碳包覆改性后，循环和倍率性能大幅度提高，20 C倍率下可以发挥107 mAh g-1比容量。采用Na3V2(PO4)3/G作为正极组成的全电池表现出优异的循环稳定性，1000 次循环后容量保持80 % 以上。原位XRD测试研究了材料充放电过程中结构演化和反应机制，发现NaV3(PO4)3脱嵌钠的反应过程结构可逆性好、稳定，体积变化率小于10 %。利用Zn2+和Mg2+取代NaV3(PO4)3/C中V2+合成了一系列NaMV2(PO4)3/C (M= Zn, Mg) 复合材料，虽然Zn2+取代的NaZnV2(PO4)3/C样品可逆容量比NaV3(PO4)3/C低，但循环长循环容量保持率明显提高，说明通过离子掺杂可以一定程度上提高材料结构的稳定性。 （3）构建了一个基于磷酸盐Na3V2(PO4)3为正极，Zn为负极，Na+/Zn2+双盐电解液的水系杂化电池。通过优化电解液组成，发现醋酸钠和醋酸锌溶液作为电解液的电化学性能明显优于相应的硝酸盐和硫酸盐电解液。通过不同调整电解液中Na+/Zn2+比例，发现在没有Na+存在的电解液同样具有可逆的电化学性能，建立了一种以NaV2(PO4)3为正极的水系锌离子电池。Na+/Zn2+双盐电解液的杂化电池比纯Zn2+盐电解液具有更好的循环稳定性和倍率性能，由于Zn负极在双盐电解液中更加稳定，有效抑制枝晶生长。 （4）研究了磷酸盐NASICON结构的NaSn2(PO4)3作为锂离子电池负极材料的电化学性能。首次放电过程中，原位生成的Na掺杂的磷酸盐离子导体均匀包覆在Sn纳米颗粒表面，作为优良的保护层阻止了纳米Sn基材料循环过程中团聚和提供了快速电化学反应的离子通道。通过预嵌锂手段，消除首次不可逆容量损失，材料分别与LiFePO4和高电压材料LiNi0.5Mn1.5O4组成全电池，电池表现出优异的倍率性能和循环稳定性，展现出实际应用的可行性。 |
| 学科主题 | 化学工程 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2018-07-01 |
| 源URL | [http://ir.qibebt.ac.cn/handle/337004/9756]  |
| 专题 | 青岛生物能源与过程研究所_仿生能源与储能系统团队 |
| 作者单位 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 胡朴. 高性能磷酸盐二次电池电极材料构效关系的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2016. |
入库方式： OAI收割
来源：青岛生物能源与过程研究所
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