摘要：锂资源的稀缺性、分布不均匀及逐年上升的锂消耗量导致锂离子电池（LIBs）的价格偏高,限制了LIBs在智能电网...锂资源的稀缺性、分布不均匀及逐年上升的锂消耗量导致锂离子电池（LIBs）的价格偏高,限制了LIBs在智能电网等大规模储能体系中的应用。在碱金属元素中,K在地壳中的储量丰富、分布广泛且价格低廉,并且K的物化性质与Li相似,K+/K的标准电极电势与Li+/Li相近,这些优点使得钾离子电池（KIBs）有望应用于大规模储能领域。然而钾离子半径较大,扩散动力学缓慢,使得钾离子电池的倍率性能和稳定性能较差。目前研究具有快速可逆反应的钾离子电池正负极材料是科研工作者的研究热点。正交晶系五氧化二铌（T-Nb2O5）,具有层状结构、开放的骨架和良好的化学稳定性等独特性能,作为锂电池和超级电容器的电极材料受到广泛关注。T-Nb2O5的（001）晶面大的晶格间距（0.39 nm）,可以容纳Na+、K+等大半径阳离子,有利于快速扩散。然而关于T-Nb2O5作为钾离子电池负极的研究及其工作机理尚未见报道。本论文采用水热合成法,制备了具有微纳分级结构的T-Nb2O5,并研究了它作为钾离子电池负极材料的可行性,进而将其用于钾基双离子电池的负极,改善了双离子电池插层型负极动力学不足和合金型负极体积膨胀电极易粉化的问题,提高了双离子电池的循环和倍率性能。具体研究内容主要分为以下两个部分:（1）通过水热法合成了具有微纳分级结构的T-Nb2O5,将其用于钾离子电池负极并详细探讨了T-Nb2O5材料插层-赝电容行为的混合储钾机制。由于快速扩散行为和分层纳米结构的协同作用,T-Nb2O5表现出优异的储钾性能,在0.4 A g-1的电流密度下容量为104 mAh g-1,循环400次每次循环容量仅衰减0.068%。（2）进一步地,我们以该T-Nb2O5纳米线为负极,膨胀石墨为正极,组装了一种新型钾型双离子电池,表现出优异的倍率性能和循环稳定性:在30C（2min充电）的大电流密度下容量仍能保持91%,并且在20C下循环1000次后,容量保持率86.2%,是目前报道的钾型双离子电池中的最佳性能。另外我们通过对循环前后电极片进行表征,探究了双离子电池的反应机理以及钾离子和阴离子在负极和正极中的插入/脱出行为,进一步解释了该双离子电池电化学性能优异的原因。更多还原显示全部
