鈉離子電池電極材料NaV6O15的合成及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鈉離子電池是替代鋰離子電池的有力候選，具有原材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉等優(yōu)勢，近年來得到迅速發(fā)展。作為氧化物型鈉離子電池正極材料的一種，β-MxV2O5具有優(yōu)異的電子傳輸及磁學(xué)性能，從而得到了人們廣泛的研究。為了進(jìn)一步提高NaV6O15正極材料的電化學(xué)性能，本研究采用水熱反應(yīng)法和自蔓延燃燒法來制備NaV6O15活性材料，以期獲得形貌不同，顆粒尺寸均一的NaV6O15納米材料。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)對于制備的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，主要取得如下研究成果:<

2、br>　　(1)利用NH4VO3、NaNO3為原料，檸檬酸為螯合劑，采用燃燒法制備NaV6O15納米片，并通過后續(xù)煅燒來提高產(chǎn)物的結(jié)晶性，探討了制備過程中的工藝參數(shù)。當(dāng)檸檬酸添加量為總金屬離子1.5倍，煅燒溫度為450℃時(shí)，所得NaV6O15納米片長約400 nm，寬約100nm，且粒度小而均勻，表面光滑潔凈。將所得樣品作為正極材料在鈉離子電池中測試，當(dāng)電壓范圍為1.5-3.8 V，電流密度為20及200 mA g-1時(shí)，放電容量分別為

3、149和82 mAh g-1。將使用熱膨脹剝離法制備的石墨烯與NaV6O15活性材料混合后球磨，制得NaV6O15/石墨烯復(fù)合材料。通過石墨烯包覆，材料在低倍率下的首次庫倫效率從68％提高至80％，30次循環(huán)后可以達(dá)到95％，極化現(xiàn)象得到有效改善。
　　(2)以NaCl、NH4VO3為原料，采用水熱法成功制備了NaV6O15納米棒。探討了水熱制備的工藝參數(shù)，當(dāng)pH為2、煅燒溫度為300℃時(shí)，樣品在鈉離子電池中作為正極材料的電化學(xué)性

4、能最佳，首次放電容量為146mAhg-1，30次循環(huán)后依舊保持在87 mAh g-1。同時(shí)探究了表面活性劑的種類和添加量在水熱合成中對于NaV6O15形貌的影響。其中，添加10 wt％ PVP樣品的性能最佳，所得NaV6O15納米棒尺寸均勻，長約1μm，寬約10nm。當(dāng)電流密度分別為20及200 mA g-1時(shí)，首次放電容量分別為157及121 mAh g-1，倍率及循環(huán)性能優(yōu)異。
　　(3)為了進(jìn)一步理解Na+在NaV6O15晶

5、格中的擴(kuò)散情況，采用交流阻抗法與第一性原理對鈉離子擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。交流阻抗法得到在循環(huán)前與循環(huán)后的DNa分別為3.33×10-12和1.32×10-12 cm2 s-1。通過第一性原理計(jì)算得到Na+沿著b軸擴(kuò)散，理想活化能為0.481 eV，從而計(jì)算得到DNa為1.2×10-12 cm2 s-1。同時(shí)通過計(jì)算，完全充電狀態(tài)V6O15的體積為518.29(A)3，完全放電狀態(tài)Na2V6O15的體積為551.25(A)3，體積變化為6.4