銻基納米復(fù)合材料的可控制備及其電化學(xué)儲(chǔ)能研究.pdf

1、鋰離子電池因其具有高的能量密度、使用壽命長和環(huán)境污染小等特點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的儲(chǔ)能體系。但是，隨著鋰離子電池的應(yīng)用范圍越來越廣泛，鋰資源分布不均勻和成本越來越高等問題變凸顯了出來，這將會(huì)極大地限制鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)比鋰，鈉資源儲(chǔ)量豐富，安全性更高，成本更低。但是受到正極材料電壓的限制，在傳統(tǒng)的鈉離子電池中，其工作電壓和能量密度都普遍偏低。所以，人們又繼續(xù)開發(fā)性能優(yōu)異且資源豐富、價(jià)格低廉的新型儲(chǔ)能體系，最近幾年新興的鈉離子基雙離子電

2、池就是其中之一。銻基材料因?yàn)槔碚摫热萘扛?、電位合適、儲(chǔ)量豐富和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的儲(chǔ)鋰（鈉）材料。但是，銻基材料在儲(chǔ)鋰（鈉）時(shí)，體積會(huì)發(fā)生改變，大電流下的循環(huán)穩(wěn)定性差，這些限制了其在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展。為了解決上述問題，本論文主要是通過合理的設(shè)計(jì)銻基納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)來提升其儲(chǔ)鋰（鈉）的電化學(xué)性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)針對(duì)金屬銻顆粒儲(chǔ)鋰時(shí)體積變化大和大電流下的循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，采用三氯化銻、檸檬酸、氰胺和氧

3、化石墨烯為原料，通過一步高溫碳熱還原的方法成功制備出了類西瓜瓤的蛋黃-殼結(jié)構(gòu)，即金屬銻納米顆粒原位嵌入由無定型碳和石墨烯組成的三維氮摻雜導(dǎo)電碳基質(zhì)的碳籠里且金屬銻顆粒通過Sb-O-C鍵與石墨烯相連。在500mA g-1的電流密度下，經(jīng)過400次循環(huán)后的可逆比容量為592mAh g-1。即使在1000mA g-1的大電流密度下，經(jīng)過700次充放電循環(huán)后，可逆比容量依然高達(dá)413mAh g-1。因此，有效的設(shè)計(jì)與優(yōu)化電極材料的結(jié)構(gòu)是提升電極

4、材料性能的一個(gè)重要的思路。
　　(2)為了探尋高性能的銻基納米復(fù)合材料作為鈉離子基雙離子電池的負(fù)極，同樣以三氯化銻、檸檬酸、氰胺和氧化石墨烯為原料，通過一步高溫碳熱還原的方法制備金屬銻顆粒原位嵌入三維氮摻雜導(dǎo)電碳基質(zhì)并將其作為負(fù)極。同時(shí)，用商業(yè)化膨脹石墨作正極、1M NaClO4EC/PC/DMC=2∶1∶1(v/v/v)作電解液以及玻璃纖維作隔膜組裝成鈉離子基雙離子電池。電化學(xué)測試結(jié)果表明，在1000mA g-1大電流密度下，經(jīng)