基于NTP@Gr电极钠离子电池的制备及性能研究

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjtiankong1981
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钠离子电池因资源丰富且分布均衡、成本低、具有与锂离子电池相似的电化学机理而得到了广泛的关注,是一种极具潜力的新一代储能电池。针对当前钠离子电池电极材料电子导率差、体积变化大、供电电压不稳定和电化学性能较差等问题,本论文提出开展比容量较高、体积变化率小,和具有稳定的单值电压平台的NaTi2(PO43(NTP)电极材料的研究,利用微波辅助FB(流化床)-PECVD(等离子增强化学气相沉积)法对NTP进行高质量石墨烯包覆,以降低不可逆容量和提高电子导电率,为钠离子电池负极材料性能的改进开辟一条新的研究思路和解决方案。全文研究的主要内容如下:(1)采用溶剂热辅助溶胶凝胶法制备NTP纳米材料,通过控制反应温度和时间,获得了小尺寸(约为100 nm)、单分散的NTP纳米颗粒。优化电极片制备及电池组装工艺,在活性物质负载量为2.56 mg/cm2且活性物质:PVDF:乙炔黑组分质量比为8:1:1时,NTP表现出最佳的电化学性能。NTP前驱体经过热处理后,具有高度结晶性,表现出良好的电化学性能,在0.5 C充放电流密度下有105 m Ah g-1左右的可逆比容量,在10 C较高的电流密度下仍能正常工作。(2)利用热溶剂法及热处理制备NTP@rGO复合电极材料,其微观形貌表现出高度结晶的NTP纳米颗粒嵌套在片层氧化石墨烯上的复合结构。以金属钠为对电极,在0.5 C的充放电流密度下,NTP@rGO复合材料首圈比容量可达120 m Ah g-1,在5 C的电流密度下,仍有68 m Ah g-1的可逆比容量,其电化学性能相比原始NTP材料具有明显的提升。(3)创新性地采用FB-PECVD法对纳米NTP颗粒表面生长石墨烯,控制CH4和H2的流量分别为20 sscm和5 sccm时,在800 W微波功率下生长45 min得到NTP@Gr纳米复合材料。该材料在有机电解液中表现较高的充放电比容量和优异的长循环稳定性,在0.5 C、2C、5 C、10 C和20 C的充放电倍率下的比容量分别为130、108、101、98、和69 m Ah g-1。在10 C电流倍率下经1000次充放电循环后的放电比容量约为82 m Ah g-1,保持率达81%。该方法能够有效解决溶剂凝胶法中rGO包裹不均匀及质量较差的问题。
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