NASICON型磷酸钛钠的结构设计及其储锂性能研究

作     者：姜臻 

作者单位：华北理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾长虹;何章兴

授予年度：2020年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：水系锂离子电池 NaTi2(PO4)3 负极 杂原子掺杂 

摘      要：水系锂离子可充电二次电池由于避免了使用易燃有机电解液而具有内在安全性和高离子电导率等优点,成为最有前景的储能体系。目前,水系锂离子电池正极的研究已经取得了巨大的进展。然而,负极材料结构的不稳定性影响了电池的整体性能。NaTi(PO)结构稳定具有较大的孔道,其作为负极在水系锂离子电池中显示出广阔的应用前景。然而,NaTi(PO)电子导电性较差。为改善材料的电化学性能,设计了几种不同微观结构的NaTi(PO)。1)采用溶剂热法制备了微米花结构的多级氮掺杂碳包覆NaTi(PO)(NTPCN)。微米花结构增加了电解液与电极之间的接触面积;碳包覆提高了材料的导电性和在含水电解液中的稳定性;氮掺杂一方面提高材料导电性和亲水性,另一方面使材料表面造成缺陷有利于锂离子的脱嵌。研究显示,NTP-CN具有优异的电化学性能,6 C倍率下经过1000次循环后,容量保持率高达88.8%。2)采用溶胶-凝胶法制备了纳米级氮/硫双掺杂碳包覆NaTi(PO)(NTP@CNS)。较小的颗粒尺寸缩短了锂离子的迁移路径;碳包覆提高了材料的导电性,并且也可提高材料在含水电解液中的稳定性;氮掺杂提高了电极的电子导电性,也是在碳层上形成大量缺陷的有效途径;硫掺杂会使缺陷的程度明显增大,因为其容易占据框架结构缺陷部位和边缘。电化学测试结果显示,合成的NTP@CNS具有出色的倍率性能。3)采用原位多巴胺聚合制备了纳米球结构的氮掺杂碳包覆NaTi(PO)。纳米球缩短了离子迁移路径,氮掺杂的碳层提高了材料在含水电解液中的稳定性和导电性。缓冲液中制备的具有适当厚度氮掺杂碳层的NaTi(PO)表现出极好的电化学性能,0.2、3.0和15 C倍率下放电比容量为127.5、113.8和90.9 mAh g。图62幅;表3个;参75篇。