毕业论文课题相关文献综述
1选题背景
自1991年索尼公司将锂离子电池（LIBs）商业化以来，由于其高能量密度，人们对锂基电池进行了大量的研究[1]。然而，锂的稀缺性和高成本抑制了锂基电池的发展。随后，钠因其丰富的含量和较低的成本引起了广泛关注，并且同处于碱金属一族的钠元素和锂元素化学性质相近，这使得在钠离子电池（SIBs）的研究过程中可以十分方便地借鉴此前对LIBs的研究经验。因为SIBs的非过放电特性，允许其放电至0V，且SIBs的能量密度超过100Whkg-1，与LiMn2O4和LiFePO4电池的能量密度相当，所以SIBs在大规模的储能系统中拥有更大优势，有望在大规模储能中替代传统电池[2]。
锂离子电池和钠离子电池的主要区别在于离子半径的大小和Lewis酸的强弱等，这导致了锂离子电池和钠离子电池的性能差异。众所周知，石墨是锂离子电池的常用负极材料，归因于锂离子可以可逆地插入石墨中。然而，在实验中发现钠离子很难完成在石墨中的插层/脱层反应。一般来说，碱金属离子嵌入石墨可能经历三种不同的情况，如果见金属离子非常大并且具有弱的溶剂化作用，则不会发生插层；如果碱金属离子具有强溶剂化作用，则可能通过形成三元石墨插层化合物（t-GIC）诱导共插层机理，这一过程使石墨膨胀，会导致两种后果。如t-GIC对氧化稳定，则共插变成可逆的并且有助于容量；然而，如果t-GIC对氧化不稳定，则它可能分解和剥落石墨结构，这对性能有害[3],[25],[26]。因此，对于SIBs，其使用的负极材料一般为各种不同的含碳材料，如硬碳（HC）。
含碳材料具有良好的弹性和导电性，为缓解钠离子插入引起的体积变化提供了强有力的机械支撑，并保证了良好的电子导电性。其中，硬碳（HC）具有优异的综合性能、广泛的可利用性和相对较低的成本，其不仅具有250-400mA h/g的高容量和0.1V的低压平台[5],[6],[7]，而且可以利用丰富的可再生物质资源制备HC材料，除此之外，其与醚基电解质有很好的相容性[3],[4]。然而，事实上，HC材料由于其低初始库仑效率、低倍率、低循环寿命和低质量负载限制了HC负极在SIBs中的实际应用。近年来，为了改善HC负极材料的性能，人们采用了各种方法，特别是，使用量身定制的电解质来提高HC的性能。
2研究现状
2.1不同溶剂对硬碳（HC）的影响
近年来，许多新型电解质被报道。电解质主要包括溶剂、盐和添加剂。改变溶剂配比、增加盐浓度或添加添加剂是获得电池优异性能的主要方法。由于电解质种类繁多，其中，关于溶剂，根据之前的报道，主要研究两类：（1）酯类溶剂，其包括环性碳酸酯和线性碳酸酯。前者包括碳酸乙烯酯（EC）和碳酸丙烯酯（PC）；后者包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸甲酯乙酯（EMC）。（2）醚类溶剂，包括二甘醇二甲醚和三甘醇二甲醚等[8]。
SIBs中的电解质必须满足两个基本要求：（1）它必须是优良的离子导体和电子绝缘体；（2）具有更宽的电化学稳定窗口。醚基电解质在制备稳定t-GIC、修饰负极固体电解质界面、降低中间产物的溶解度和降低极化率等方面有独特的优势。然而，在传统LIBs中，由于正负极钝化不足，醚基电解质在历史上不太实用[9]。在非水电解质中，碳酸酯基电解质占主导地位，其中特别是EC，在形成保护性固体电解质界面（SEI）方面是高效的，尤其是在LIBs的石墨负极中[3]。而在SIBs中，却恰恰相反，由于钠离子和锂离子的其中一个主要区别是Lewis酸不同，在碳酸酯基电解质在SIBs中的分解产物比在LIBs中更容易溶解，因此，在碳酸酯基电解质中，SIBs很难实现完全有效SEI保护[10],[11],[12]。
有研究表明，Yue Pan等人报道了使用NaPF6-EC:DEC（体积比1:2）的HC/Na电池具有183mA h/g的可逆容量。在本报告中，容量的增加与润湿性和阻抗的降低有关，SEI的形成提高了循环稳定性[24]。Alexandre Ponrouch等人在2012年通过不同单个溶剂和二元溶剂物理参数以后实验表征对比，得出EC:PC在NaPF6/NaClO4（HC为负极）中具有良好的倍率性能和容量[13]。Jagabanhu Patra等人进一步提出EC在PC电解质中的加入，可促进Na 和FSI-之间形成接触离子对和离子聚集体，在中等浓度3M NaFSI-PC:EC下，电解质具有合理的电导性和粘度，可形成坚固的有机-无机平衡固体电解质界面，HC电极的首圈和稳态库仑效率分别提高到85%和99.9%以上毛病提高了电极的高速可逆钠化/脱钠能力，并且在500次充放电后，可以保持95%容量[14]。当然，添加少量的碳酸氟亚乙酯（FEC），也可以保持容量，同时提高SEI稳定性[15]。近期，Xiaoyu Jiang等人提出了一种高安全的新型电解质（0.9M NaFSI-氟代烷基磷酸酯（TFEP）），其中Na3V2(PO4)3（NVP）为正极，HC为负极，具有优异的循环耐久性[16]。
然而，更多报道提及的具有优良性能的SIBs所使用的电解质多数为醚基电解质。Jun Zhang等人表明醚基在高比面积碳和低比表面积碳负极界面上的作用是不同的。用醚基溶剂可以解决高比表面积的超低库仑效率和较大的不可逆比容量，能显著控制高比表面积负极材料上SEI的微观结构和组成，形成稳定、薄、致密、均匀的离子导电SEI，促进钠离子传输与在酯基电解质中形成的SEI形成对比。在低表面积碳中醚基电解质能引发溶剂分级和钠离子可逆地共插，形成稳定的t-GIC。通过实验对比发现，在醚基电解质中赝电容存在比酯基更明显，动力学倍率性能更好[9]。Yuan-En Zhu等人也提出了在醚基电解质中，HC在高速下的平台容量（详见2.2）可以显著提高，同时，醚基溶剂可以抑制电解质分解，使SEI在HC表面形成可以忽略不计[17]。Yongwu He等人表明醚基电解质使高质量负载的HC具有更高的离子电导率和钠离子扩散系数，比在酯基电解质中具有更好的润湿性，有利于形成薄而可持续的SEI，并且具有高出一个数量级的钠离子扩散系数。他们还指出一些线性而非环性醚基电解质能够在6000次循环中具有前所未有的循环稳定性[18]。综上，HC对醚基电解质具有更好的兼容性，更加有助于提高电池性能。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
