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物理化学学报 2020年第5期36卷 126-133页

作者：卢晓霞董升阳陈志杰吴朗源张校刚南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏省高效电化学储能技术重点实验室南京210016

具有两种不同阳离子的二元金属氧化物在钠离子电池中可发生可逆的多电子反应,是一类非常具有应用前景的高容量负极材料。在本项工作中,通过离子交换法和化学剥离法得到Htinbo5纳米片,采用水热法将其与蔗糖复合再经由后续热处理得到碳包... 详细信息

具有两种不同阳离子的二元金属氧化物在钠离子电池中可发生可逆的多电子反应,是一类非常具有应用前景的高容量负极材料。在本项工作中,通过离子交换法和化学剥离法得到Htinbo5纳米片,采用水热法将其与蔗糖复合再经由后续热处理得到碳包覆的ti2nb2o9纳米片材料。碳包覆的ti2nb2o9纳米片可用作钠离子电池的负极材料,具有更高的电子导电性和多的反应活性点以及快速的离子传输通道,在50 mA∙g^−1的电流密度下具有265.2 mAh∙g^−1的可逆容量。在0.5 A∙g^−1的大电流密度下,循环200圈之后比容量为160.9 mAh∙g^−1(容量保持率75.3%)。研究结果表明ti2nb2o9/C纳米片在钠离子电池中具有出色的充放电性能和循环稳定性,为钠离子电池负极材料提供了可行的新选择。

关键词：钠离子电池剥离 ti2nb2o9纳米片碳包覆负极材料

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钛铌基氧化物的结构设计、制备及储钠性能研究

钛铌基氧化物的结构设计、制备及储钠性能研究

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作者：卢晓霞南京航空航天大学

学位级别：硕士

钠离子电池被认为是可以取代锂离子电池的新型储能方式。其中负极材料二元金属氧化物tinbo以优异的倍率性能以及较为安全的离子存储电压而受到广泛的关注。ti和nb离子在tinbo八面体的顶点无序排列,八角形的边和顶点共享形成具有独特分... 详细信息

钠离子电池被认为是可以取代锂离子电池的新型储能方式。其中负极材料二元金属氧化物tinbo以优异的倍率性能以及较为安全的离子存储电压而受到广泛的关注。ti和nb离子在tinbo八面体的顶点无序排列,八角形的边和顶点共享形成具有独特分层的单斜结构。tinbo负极在电化学反应过程中提供多个电子转移(ti/ti,nb/nb和nb/nb),可实现更高的理论容量。但是,其本征电导率较低,在循环充放电过程中会有出现较快的容量衰减过程限制了其电化学性能。在钠离子电池中醚类的电解质会形成薄的、致密的、均匀的和离子导电的SEI,能有效的防止电解质的进一步消耗,使电极材料的首圈库仑效率较高,同时后续的循环具有稳定的库仑效率和循环性能。本论文重点研究了tinbo材料作为钠离子电池负极在醚类电解液中的电化学性能。(1)采用化学剥离法得到Htinbo纳米片,再经水热及后续的煅烧处理得到碳包覆的tinbo纳米片,并用作钠离子电池负极材料。对块状材料的纳米化以及后续对其进行的碳包覆,增加了活性反应位点,稳定了纳米片表面,使得钠离子具有高效的扩散通道和良好的电子导电性。在50 mAh g的电流密度下可逆容量可达265.2 mAh g。在0.5 A g的电流密度下循环200次后比容量仍为160.9 mAh g。同时,tinbo/C复合物电极的倍率性能也很优异,在50、100、200、500、1000和2000 m A g的电流密度下,容量分别为265.2、251.3、224.6、197.4、176.3和156.5 mAh g。(2)在室温下通过多巴胺自聚合包覆在Htinbo纳米片上,得到Htinbo@PDA复合物,再经高温碳化热处理之后得到氮掺杂碳包覆的tinbo纳米片(TNo@NC)材料。氮掺杂的碳层可提高材料电子导电性,在循环过程中可减轻材料的体积膨胀。除化学性质外,氮掺杂碳包覆层可抑制tinbo纳米片的团聚,同时增加了活性材料与电解质之间的接触面积。在0.05 A g的电流密度下,TNo@NC电极材料可获得253.3 mAh g的容量,在2 A g的电流密度下可逆容量可达163.5 mAh g。TNo@NC电极材料在经过200次循环后的可逆比容量为163.2 mAh g,容量保持率为89.8%。(3)采用高温水热法将Htinbo纳米片与钼源,硫源以及葡萄糖溶液混合,然后经过热处理之后得到一种在tinbo纳米片上生长碳包覆的MoS纳米片的3D片层材料(TNo@MS/C)。碳包覆的MoS纳米片不仅能够有效地提高材料的电子导电性,还可以防止tinbo纳米片的堆垛,同时MoS纳米片还可以提供容量贡献。TNo@MS/C材料在电流密度为2.0 A g下经过200次循环后的可逆比容量为208.3 mAh g,容量保持率为84.2%,在电流密度分别为0.1,0.2,0.5,1.0,2.0,5.0,10.0 A g的情况下,可逆比容量依次为425.3,410.3,362.3,324.7,282.6,226.7,182.9 mAh g,具有优异的循环稳定性和倍率性能,这得益于独特的异质结构。

关键词：钠离子电池 ti2nb2o9纳米片醚类电解质碳包覆氮掺杂超薄MoS2纳米片

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