论文部分内容阅读
自1990年,锂离子电池储能器件开始应用于电子设备领域。经过了近20年工艺及技术的逐步提高,目前锂二次电池已成功应用在小型设备领域。遗憾的是,锂二次电池低的能量密度和安全系数问题严重限制了其在电动汽车和国家电网等大型设备上的使用。因此,提高电池的能量密度和安全性能是满足市场需求的重要举措。利用具有阻燃性质的聚合物固态电解质替代传统易燃的液态电解质具有很好的发展前景,并有望大幅度地提升电池的能量密度和安全性能。与此同时,随着锂离子电池广泛投入市场,地壳中低丰度锂元素有限,开发替代锂离子电池的储能器件同样具有重要的研究价值。钠离子电池与之具有类似的工作机制,而且钠元素在地壳含量更高。与此同时,电极材料是决定钠离子电池性能优劣的重要因素之一,通过开发高性能钠离子负极材料是提升整体电池能量密度的重要途径之一。基于上述考虑,我们具体从以下两个方面开展了研究工作:(1)我们发现了在聚环氧乙烷骨架中原位生长SiO2纳米粒子的策略,并且引入带有大型阴离子的二草酸硼酸锂以提供Li+载流子。测试了复合型聚合物电解质(ASSCPE)的离子电导率、电化学窗口和离子迁移数。通过阻抗测试表明,在80℃时ASSCPE表现出高达1.9 mS/cm的离子电导率。此外,由ASSCPE组装的Li/LiFePO4电池在60℃下电流密度在0.05 C时表现出156.3 mAh/g的比容量。这显示出组装的全固态电池具有在高温下应用的潜力。(2)我们通过一步溶剂热法合成了层层堆积的Sb@石墨烯(LS-Sb@G)微纳复合材料。在LS-Sb@G中,Sb纳米片均匀地粘附在石墨烯基体上并嵌入到夹层中,通过自组装形成紧密堆积的微纳结构。组成钠离子电池进行充放电测试表明,具有新颖结构的LS-Sb@G复合材料表现出极好的储钠性能,例如在电流密度125 mA/g下经过100次循环后仍然有495.2 mAh/g的比容量以及倍率性能测试高达6A/g。此外,将LS-Sb@G电极组装在钠离子全电池中,在0.1C电流密度下具有高达116.5 mAh/g的可逆放电比容量,表明该材料具有一定的实际应用价值。我们首次报道了Sb基复合材料在-20℃下的低温储钠性能。