【学术视频】中国化学会第四届中国能源材料化学研讨会 | 中科院物理所陆雅翔副研究员

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图 | 陆雅翔

题   目：钠离子电池碳负极制备及其储钠机制研究

报告人：陆雅翔

单   位：中国科学院物理研究所

时   间：2019-05-26

地   点：中国科学院大连化学物理研究所

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报告摘要

高性能电极材料的开发对实现钠离子电池的商业化至关重要。截至目前，钠离子正极材料的研究已经取得了一定进展。在负极材料方面，由于金属钠的危险性和钠枝晶的形成易导致液态电池的短路带来安全隐患等问题，无法直接将钠金属作为负极应用于钠离子电池中。除此之外，由于石墨与钠的热力学不稳定性，导致石墨不具备储钠能力。因此对负极材料的研发是推动钠离子电池实用化的关键。
在已报道的钠离子电池负极材料中，无定型碳材料以其相对较低的储钠电位，较高的储钠容量和良好的循环稳定性等优点而成为最具应用前景的钠离子电池负极材料。无定型碳通常根据其在高温下（如2800℃）的石墨化能力而被划分为“软碳”和“硬碳”。作为钠离子电池的负极材料，这两种无定型碳材料各具优缺点：例如软碳材料成本虽低但容量也较低（~100mAh/g），硬碳材料储钠容量较高（~300mAh/g）但其前驱体价格高、产碳率低，这些缺点阻碍了它们在钠离子电池中的实际应用。此外，软、硬碳负极的充放电曲线具有明显差异，软碳通常仅表现出斜坡容量而硬碳同时具有斜坡与平台容量。不同电压区间的容量与不同的储钠机制密切相关，但其目前仍备受争议，尚无定论。
在最近的研究工作中，我们发现通过对软碳前驱体沥青作适当的处理，其衍生的碳材料表现出无序的微观结构，并具有硬碳的电化学特征，既表现出斜坡容量又显示出平台容量。通过对沥青衍生碳材料为模型，采用原位和非原位等先进表征技术，我们提出了欠电位沉积的储钠模型。基于这一新的认识，我们开发了另一种简单的预氧化方法调控沥青的微观结构并抑制其石墨化程度，实现了从有序到无序的有效结构转换，并使其储钠容量提高到原始沥青的3倍。此外，结合高温碳 化和酸洗处理炭等步骤，我们开发出了储钠容量为~400mAh/g的碳负极，其85%的容量（~330mAh/g）来自于低电位平台区域，并具备良好的倍率和循环性能。最近，我们开发了一种简单的低温碳化沥青的方法，制备出倍率性能优异的碳材料，其在6C的可逆容量仍保持在0.15C容量的75%，在3C循环1000周后容量保持率为73%。这些工作对设计高性能碳负极材料并进一步降低钠离子电池碳负极的成本具有重要意义。 

个人简介

陆雅翔，博士，副研究员。2012年受资于著名的李四光奖学金前往英国伯明翰大学读博。2015年前往英国萨里大学与伦敦大学玛丽皇后学院开展博士后研究工作。2017年入选中科院物理所“国际青年学者计划”回国工作。先后在无机纳米材料、无定形碳基材料的合成、表征及其在清洁能源转换与存储器件的应用等方面开展工作，目前已在国际重要学术期刊发表论文30余篇，申请国际PCT专利两项。近期主要从事钠离子电池电极材料及其界面相关研究工作。

会议简介

中国化学会第四届中国能源材料化学研讨会于2019年5月25日~27日在中国科学院大连化学物理研究所召开。此次会议由中国化学会主办，中国科学院大连化学物理研究所承办。会议主要围绕“能源化学与材料化学”这一主题开展，内容主要包括：1、能源储存：储能电池和动力电池研究；2、能源催化：热催化和电催化研究, 催化表征与模拟；3、太阳能：太阳能转化材料与化学。

—— ——往期精彩回顾—— ——●【学术视频】中国化学会第四届中国能源材料化学研讨会 | 武汉理工大学刘金平教授：Nanoarray Electrochemical Energy Storage Materials & lntegrated Devices●【学术视频】中国化学会第四届中国能源材料化学研讨会 | 中国科大、中科院大连化物所包信和院士：Journal of Energy Chemistry--with fast rising impact and awareness

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