【摘 要】
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“大数据时代”的到来推动智能化便携式电子设备的广泛使用和快速发展,锂离子电池因其高效、可靠、无污染,在上述电子产品中扮演着无可替代的供能角色。此外,研究者正在积极探索具有集成动力源的半导体器件或基于半导体器件的储能装置,电池的部件和集成电路元件可以设置在相同的半导体基板上。但锂资源本身储量有限,巨大的需求缺口加剧成本逐年上涨。而钠资源天然储量巨大、钠元素与锂元素极其相似的理化性质,使得钠离子电池逐
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“大数据时代”的到来推动智能化便携式电子设备的广泛使用和快速发展,锂离子电池因其高效、可靠、无污染,在上述电子产品中扮演着无可替代的供能角色。此外,研究者正在积极探索具有集成动力源的半导体器件或基于半导体器件的储能装置,电池的部件和集成电路元件可以设置在相同的半导体基板上。但锂资源本身储量有限,巨大的需求缺口加剧成本逐年上涨。而钠资源天然储量巨大、钠元素与锂元素极其相似的理化性质,使得钠离子电池逐步成为清洁能源解决方案中最具竞争力的新焦点。目前,制备出合适的负极材料是在集成电路中推广使用钠离子电池供能亟待解决的首要问题。基于上述考虑,本论文面向集成电路中轻质、续航持久、成本廉价的能源需求,从碳包覆、构造异质结、掺杂等方面重点研究了镍钴基硒化物、碳纳米纤维复合材料的设计、合成、储钠机理,探究了该复合材料作为钠离子电池负极材料的电化学性能,取得主要成果如下:（1）过渡金属硒化物具有较高的理论比容量,但自身较低的导电性和在循环过程中较大的体积变化,导致在钠离子电池中的实际应用严重受限。故在本论文的第二章,采用静电纺丝技术,成功制备了石墨烯包覆的装载有Ni0.85Se-Co0.85Se颗粒的碳纳米纤维复合材料(Ni0.85Se-Co0.85Se@G@CNFs),石墨烯和碳纳米纤维的双重包覆不仅提高了金属硒化物的导电性,而且能够为活性材料提供应变缓冲。作为负极时,Ni0.85Se-Co0.85Se@G@CNFs表现出良好的电化学储钠性能。在100m A/g的电流密度下,首次容量达到500m Ah/g以上,循环100次后容量保持在300m Ah/g以上。在1 A/g的大电流密度时,循环50次后容量稳定在184.4m Ah/g。此外,我们还研究了电极材料可能存在的电容效应过程,结果表明,在0.2、0.4、0.6、0.8、1m V/s的扫描速率下,赝品电容贡献分别为63.2%、67.3%、70%、71.8%和75.4%。（2）在本论文的第三章,通过改变实验策略,将硒粉直接加入到前驱体溶液中,采用静电纺丝技术,成功制备了Ni0.85Se-Co0.85Se颗粒完全镶嵌在碳纳米纤维中的复合材料(Ni0.85Se-Co0.85Se@CNFs-A)。同样,对复合材料进行电化学性能测试。当用作钠离子电池负极时,与常规电纺方法得到的纤维相比,Ni0.85Se-Co0.85Se@CNFs-A具有更加优良的电化学性能。在100m A/g的电流密度下,首次容量可达到507.2m Ah/g,且循环200次后的可逆比容量达到325m Ah/g。在1A/g的大电流密度下,循环400次后容量仍保持在201.3m A/g。在0.1、0.2、0.5、1、2、3m A/h的电流密度下,可逆容量分别为367.98、331.12、302.73、268.26、234.77、201.17m Ah/g。
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