【摘 要】
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大规模储能电站迫切需要兼顾电化学性能与社会经济效益的储能系统,在二次电池中,钠离子电池因价格低廉的优势获得了广泛关注。追求具有高能量密度、长循环寿命的钠离子电池负极材料已经成为研究焦点。本论文选择转化类材料的代表——过渡金属硫化物(TMS),和合金类材料的代表——过渡金属磷化物(MPx),作为本篇论文的两个研究对象。以材料合成、物性表征、电化学测试、原位机理分析的思路,分别探究了过渡金属硫/磷化物
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大规模储能电站迫切需要兼顾电化学性能与社会经济效益的储能系统,在二次电池中,钠离子电池因价格低廉的优势获得了广泛关注。追求具有高能量密度、长循环寿命的钠离子电池负极材料已经成为研究焦点。本论文选择转化类材料的代表——过渡金属硫化物(TMS),和合金类材料的代表——过渡金属磷化物(MPx),作为本篇论文的两个研究对象。以材料合成、物性表征、电化学测试、原位机理分析的思路,分别探究了过渡金属硫/磷化物作为钠离子电池负极材料的表现。本论文的主要实验及结论如下:(1)在第三章中,针对转化类材料体积膨胀问题,从形貌改性的角度出发,设计和制备了一种核壳结构双金属硫化物材料((Ni0.5Co0.5)9S8@N-C)。因中空结构能有效缓解体积膨胀,在钠离子电池性能测试中,该材料展现出出色的充放电比容量和优异的循环稳定性。以100 mA·g-1电流密度循环至100圈时,放电比容量维持在636 mAh·g-1。进一步使用原位XRD技术对该材料在充放电过程中的反应进行实时观测,了解了其转化反应机理,对后续的研究起到指导作用。(2)在第四章中,针对磷基材料因导电性差和体积膨胀导致的循环稳定性差的问题,从形貌改性的角度出发,设计和制备了一种核壳结构双金属磷化物材料(Ni1.2Co0.8P@N-C)钠离子电池负极材料。得益于氮掺杂碳壳的优良导电性和中空结构缓冲作用,该材料展现出出色的循环稳定性。以100 mA·g-1的电流密度循环至200圈时,库伦效率依旧保持在99.3%以上。进一步通过原位拉曼技术对该材料在首圈循环过程进行实时观测,显示钠离子在氮掺杂的碳壳中的脱嵌行为具有较大程度的可逆性,研究结果对钠离子电池充放电过程的后续电化学研究提供了有价值的信息。
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