《三元石墨層間化合物的結構調控及儲鈉機制研究》是依託湖南大學，由韓飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：三元石墨層間化合物的結構調控及儲鈉機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：韓飛
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鈉離子電池在大規模儲能方面具有廣闊的套用前景，對於負極材料而言，石墨類炭基材料是未來鈉離子電池實用化應該重點關注的研發對象。調整石墨的層間距大小，可控制備出既適合Na+嵌入/脫出的微層結構又具有較高儲鈉容量的石墨類材料，是一項具有重要理論和實際意義的課題。本項目擬採用石墨層間化合物為研究對象，通過熔鹽合成法從原子/分子水平控制材料的組成和微觀結構，設計適合鈉離子儲存的三元石墨層間化合物。研究插入客體的種類和合成工藝參數對石墨層間化合物的階結構、層間距和客體分布均勻性等微觀結構的影響規律；探尋插入客體與客體、客體與石墨片層之間的協同作用關係；揭示複合材料的組成、結構特徵與其電化學性能之間的構效關係；闡明在複合材料體系下Na+儲存的反應機制；建立鈉離子電池負極材料用石墨層間化合物的結構調控機制，為大規模儲能用鈉離子電池負極材料的研究提供一種新的設計思路和理論依據。
結題摘要
石墨層間化合物具有良好的層狀結構、高的電子導電性、可調的層間距大小和插入客體種類，探索石墨層間化合物在鈉/鋰離子電池負極材料中的套用潛力，是一項具有重要理論和實際意義的課題。本項目以金屬氯化物插層的石墨層間化合物為研究對象，利用熔鹽合成法在石墨層間插入一種或兩種氯化物客體，實現二元/三元石墨層間化合物的製備。通過石墨載體/插入客體種類的選擇和合成工藝參數的調整，可調控石墨層間化合物的階結構和層間距等微結構，進而探明了複合材料的組成、結構特徵對其電化學性能的影響規律，結合理論計算發現Na+/Li+在石墨層間化合物中的儲存機制有別於傳統方式。研究表明石墨層間化合物具有高的儲鋰容量，其容量可高達1371 mAh g-1。為抑制金屬氯化物的溶解，在石墨片層上引入環氧官能團改性及在石墨片層間引入金屬氧化物的改性方式，能夠在很大程度上提升石墨層間化合物作為負極材料的循環穩定性能，保證可逆容量在200次循環內保持穩定。另外，本項目也設計合成了一系列炭材料複合的金屬硫化物/磷化物作為儲鈉儲鋰負極材料，發現金屬硫化物/磷化物在鈉離子電池套用方面具有更好的性能，為下一步發展高性能鈉離子電池用金屬硫化物/磷化物複合的石墨層間化合物提供了創新途徑。
