摘 要

本实验方案是利用石墨烯泡沫作为纳米硫化钒载体共同构成钠离子电池的阳极。总结出通过改变溶剂水和乙二醇的比例水热制出的纳米层状结构来储存钠离子，其具有优异的电子导电性、稳定的电化学性能、比较好的容量保持率。在实验中，合成后的硫化钒石墨烯泡沫极片阻抗较低，为183Ω，对于电池具有优良的性能。首圈库伦效率为88.3%，具有比较高的首圈库伦效率，电池性能较好所以，硫化钒电极是一个很具有发展潜力的钠离子电池阳极材料。

关键词：钠离子电池、硫化钒、水热法、层状纳米花

Vanadium sulfide electrode for high performance sodium ion battery

ABSTRACT

This experimental scheme utilizes graphene foam as a vanadium nanosulfur carrier to constitute the anode of a sodium ion battery. Finally, it is concluded that sodium ions are stored by changing the ratio of solvent water and ethylene glycol hydrothermally to produce nano-layered structure, which has excellent electronic conductivity, stable electrochemical performance, and relatively good capacity retention. In the experiment, the synthesized vanadium sulfide graphene foam pole piece has a low impedance of 183 Ω, which has excellent performance for the battery. The first round of Coulomb efficiency is 88.3%, with a relatively high first-round Coulomb efficiency and good battery performance.Therefore, the vanadium sulfide electrode is a very promising anode material for sodium ion batteries.

Key words：Sodium ion battery vanadium sulfide hydrothermal method Lamellar nanoflowers

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 储钠电池的发展 3

1.3 钠离子电池阳极材料 4

1.3.1 单碳制材料的新星——石墨烯 4

1.3.2 单质金属与合金材料 4

1.3.4 过渡金属二硫化物TMDs 4

1.4 本课题选题依据和主要研究内容 5

1.4.1 硫化钒相比于其他过渡金属二硫化物的优势 5

1.4.2 硫化钒可控纳米结构的优势 6

1.4.3 过渡金属二硫化物与碳质材料复合优势 6

1.4.4 课题的创新内容 6

第二章 课题研究与测试方法 8

2.1 主要实验试剂和仪器 8

2.1.1 实验使用试剂 8

2.1.2 实验使用仪器 9

2.2 实验流程及操作方案 9

2.2.1 实验操作流程 9

2.2.2 实验具体方案 10

2.3 结构与性能表征方法 12

2.3.1 物相分析 12

2.3.2 扫描电镜分析 12

2.3.3 场发射扫描电镜分析 12

2.3.4 元素分析-EDS 12

2.4 电化学性能测试方法 12

2.4.1 电池的制备和组装 12

2.4.2 阻抗测试 13

2.4.3 充放电循环测试 13

2.4.4 循环伏安测试（CV） 14

第三章 硫化钒的制备及其表征 15

3.1 实验思路 15

3.2 实验内容 15

3.2.1 石墨烯泡沫的表征 15

3.2.2 方案1表征分析 16

3.2.3 方案2表征分析 16

3.2.4 方案3表征分析 17

3.2.5 方案4表征分析 17

3.2.6 方案4图谱及分析 18

3.3 实验机理 20

3.3.1 乙二醇溶剂环境 20

3.3.2 微观结构机理 20

第四章 电化学性能测试和分析 22

4.1 阻抗分析 22

4.2 硫化钒活性阳极钠离子电池循环性能测试 23

4.3 伏安循环测试 25

第五章 实验总结与期望 26

5.1 实验总结 26

5.2 实验期望 26

参考文献 28

致谢 31

第一章 绪论

1.1 引言

现如今，能源^[1]的问题一直是世界各国关注的热点问题，随着科学技术的进步和社会工业化进程的推动，石油，天然气等一些化石燃料渐渐地满足不了人们的需求。与此同时，伴随着化石燃料的使用而产生的有害气体也污染着我们赖以生存的地球环境，呼吁绿色，无污染的清洁能源也是人们所倡导的。现今，欧美等西方发达国家已经倡导和实施对太阳能，风能，潮汐能等新能源的开发和利用。太阳东升西落，大风吹过后即为平静，在这一过程中释放的太阳能和风能都是相当可观的，资料^[2,3]显示地球在1h内吸收的太阳能可以为给全球供电长达一年之久，很可惜我们能利用得少之又少，如果有一个容器可以将能量都存储下来这将会是对人类社会的巨大贡献。由此，电池^[4]作为能源存储的容器或这说是载体的开发也成为了现在科学生产的热门话题。

电池在我们日常生活和工厂作业中发挥着不可撼动的作用，电池是将化学能转化为电能的一种能源载体，我们常见的有可充电电池和次性电池，它们分别被称为二次电池和一次电池，二次电池就是可以实现多次充放电，反复利用的电池，因此也是研究和开发的重点。目前，市场上常见的二次电池有铅蓄电池，镍氢电池^[5]和锂离子电池，锂离子电池可以说是现在手机，数码相机等电子产品中应用最广泛的电池。诸如锂离子电池这类的二次电池又被称为往复式电池，因为它的充放电机理在于锂离子在阴极和阳极材料的脱出和嵌入。锂离子电池之所以能够取得这样的成功是因为Li 在正极和负极中的可逆存储以及它们在充电和放电过程中在两个电极之间的穿梭。近年来，除了Li ，像Na ，K 等碱性金属离子的二次电池也得到了许多研究开发人员的关注和开发^[6]。钠离子电池作为很有潜力的二次电池，在近年来的开发研究中也有了一定的进展，尽管技术还不是十分的成熟，在电极材料的选取上还存在很多值得研究的问题，但钠离子电池的潜力和发展趋势不容小觑。图1.1.1是近年来锂钠电池的发展趋势。

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