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摘 要

本文通过水热法及热分解法两种方法制备层状磷酸锑（SbPO₄）材料，对其相结构进行表征，并研究SbPO₄/C作为钠离子电池负极的电化学性能。结果表明，SbPO₄属于单斜晶系，热分解法可以制备出纯度高、结晶度好、掺杂有非晶态碳的SbPO₄/C材料。通过与溶剂热法制备的SbPO₄电极材料进行对比，证实了热分解法有效的改善了SbPO₄的循环稳定性。在电流密度为10 mA g^-1和100 mA g^-1下分别获得277 mAh g^-1和245 mAh g^-1的高可逆容量，且SbPO₄/C储钠过程为合金化反应。SbPO₄/C在首周循环时生成SEI膜层，造成较大的容量损失，后续将对其进行复合改性研究。

关键词：钠离子电池 负极材料 SbPO₄ 合金化反应 电化学性能

Preparation of Nano Antimony Phosphate Material SbPO₄ and Its Sodium Storage Performance

Abatract

In this paper, antimony phosphate (SbPO₄) materials were prepared by thermal decomposition method and solvothermal method. The phase structure were characterized, and the electrochemical performance of SbPO₄/C as the negative electrode of sodium ion battery. The results show that SbPO₄ belongs to monoclinic crystal system and the SbPO₄/C we prepared has high purity, good crystallinity and doped with amorphous carbon. Compared with the SbPO₄ prepared by solvothermal method, it was confirmed that thermal decomposition method can effectively improve the stability of SbPO₄. The high reversible capacities of 277 mAh g^-1 and 245 mAh g^-1 were obtained at the current density of 10 mA g^-1 and 100 mA g^-1 for SbPO₄/C, respectively, and the SbPO₄/C sodium storage process was alloying reaction. SbPO₄/C; generates a SEI film layer during the first cycle, resulting in a large capacity loss, which will be subsequently studied for composite modification.

Key Words: Sodium-ion battery; Anode material; SbPO₄; Alloying reaction; Electrochemical performance

目 录

摘 要 I

Abatract II

第一章 绪论 1

1.1 储能技术简述 1

1.2 钠离子电池概述 2

1.2.1 钠离子电池原理 2

1.2.2 钠离子电池组成 3

1.3 钠离子电池负极材料 4

1.3.1 碳基材料 4

1.3.2 金属化合物材料 4

1.3.3 有机化合物材料 5

1.3.4 合金类材料 5

1.3.5 钠离子电池负极材料面临的挑战 5

1.4 磷酸锑(SbPO₄)材料简介 6

1.5 本课题研究意义和内容 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验药品 8

2.2 实验仪器 9

2.3 实验过程 9

2.3.1 通过溶剂热法制备SbPO₄ 9

2.3.2 通过热分解法制备SbPO₄/C 10

2.4 X射线衍射分析 11

2.5 电化学性能测试 11

2.5.1 电极片的制备 11

2.5.2 扣式电池的组装 11

2.5.3 循环伏安测试 12

2.5.4 恒流充放电测试 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 X射线衍射分析 13

3.2 电化学性能测试结果 13

3.2.1 循环伏安法分析不同方法制备的材料的电化学过程 13

3.2.2 充放电测试研究SbPO₄/C负极材料的循环稳定性 15

第四章 结论 20

参考文献 21

致 谢 23

第一章 绪论

1.1 储能技术简述

近些年来，化石能源被逐步消耗，人们在生活中消耗的能源却在与日俱增^[1]。由于化石能源储量有限，长达数个世纪的使用于开采造成能源枯竭的问题日渐尖锐。同时，在能源的开采和使用过程中，也会造成一系列的环境问题，这些问题会进一步加剧能源短缺，形成恶性循环。因此，新能源产业凭借其清洁和可再生的特点，受到了越来越多的关注。

然而，太阳能、风能、潮汐能、地热能等传统的新能源产业受限于天气、地域等因素，在大规模并网上面临着不小的困难。为了解决这一问题，储能技术应运而生，通过降低昼夜峰谷差，避免了对电网造成过大冲击，大幅度提高了可再生能源在生活中的应用。

当下主流的储能技术可以简单的分为物理储能和化学储能两大类，也可以根据不同的应用方式分为机械储能、电磁储能和电化学储能^[2]。机械储能中是利用飞轮机械、抬高水位提升势能和抽取空气进行压缩再向外释放等一系列手段进行储能的方式，这一类储能都是通过纯粹的机械运动进行，对环境较为友好，尤其是飞轮储能，响应速度快，在当下应用较为广泛^[3]。不过这一类储能方式的依托于大型设施占地面积大、储能成本高、前期投入大、能量密度高等，都使得其不适合作为未来储能方式的发展方向。电磁储能的主要形式是超导电磁储能，用于提高系统的稳定性，但在使用中会产生较大磁场，对生态环境造成影响。建设时也需远离城区等人口密集区域，避免对人体造成伤害和干扰通讯讯号，在运营和维护成本上较高。电化学储能则是利用超级电容器和液流电池、铅酸电池、锂离子电池和钠离子电池等一系列电池进行储能的方式，在能量密度上具有得天独厚的优势，但针对不同的电池又或有着使用寿命短、开发成本高、不利于环境等一系列的问题。

虽然电磁储能和机械储能在储能和释放的速率上更胜一筹，但对于不同的应用需求，应当选择适当的储能方式^[4]。作为更为适合大规模电能储存的储能技术，电化学储能的前期建设投入更少，能量密度更高，维护成本也较低，在经济和性能上都有较大的优势。化学储能在应用上也更加灵活，对于不同的储能需求可以进行调整，目前已成为大规模电能储存技术的主要发展方向^[5]。

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