鈉離子電池正極 Na3V2(PO4)3材料的制備及其電化學(xué)行為研究.pdf

1、鈉離子電池因鈉資源儲(chǔ)量豐富、成本低而備受關(guān)注。正極材料影響著鈉離子電池的電化學(xué)性能，也因此成為研究熱點(diǎn)。Na3V2(PO4)3材料具有典型的NASICON結(jié)構(gòu)和開(kāi)放性的骨架結(jié)構(gòu)，電壓平臺(tái)適中，理論比能量高，熱穩(wěn)定性好，是很有前景的室溫鈉離子電池正極材料。本文在對(duì)鈉離子電池正極材料研究現(xiàn)狀綜合分析的基礎(chǔ)上，將溶液法與燒結(jié)法相結(jié)合制備出Na3V2(PO4)3正極材料，隨后分別采用熱分解葡萄糖和化學(xué)氣相沉積乙二醇對(duì)Na3V2(PO4)3正極材

2、料進(jìn)行改性。通過(guò)碳硫分析儀，X射線衍射儀，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)制備出的正極材料的碳含量，晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行表征，用藍(lán)電測(cè)試系統(tǒng)和電化學(xué)工作站對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。
　　采用溶液法與燒結(jié)法相結(jié)合制備了Na3V2(PO4)3正極材料，研究了燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。合成的材料主相是Na3V2(PO4)3，燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)Na3V2(PO4)3材料的結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有影響。燒結(jié)溫度為700℃，保溫8h時(shí)合成的N

3、a3V2(PO4)3電化學(xué)性能最佳。0.1C恒流充放電時(shí)，首次放電比容量為95.6mAh/g。50次循環(huán)后，容量保持率為70.71％，顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，材料的的氧化還原能力變差，動(dòng)力學(xué)行為嚴(yán)重變緩，導(dǎo)致容量衰減快。
　　由于Na3V2(PO4)3自身的電子導(dǎo)電率低，因此合成的Na3V2(PO4)3正極材料比容量低，循環(huán)穩(wěn)定性差。鑒于Na3V2(PO4)3自身的缺陷，本文通過(guò)如下兩種途徑對(duì)其改性。
　　一是通過(guò)有機(jī)物葡萄糖的熱分解

4、引入殘余碳摻雜來(lái)提高 Na3V2(PO4)3的電化學(xué)性能。在合成時(shí)添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的葡萄糖（4.5%，6.5%，8.5%）制備出有殘余碳摻雜的Na3V2(PO4)3/C正極材料。與未摻雜碳的Na3V2(PO4)3相比，殘余碳摻雜的Na3V2(PO4)3/C正極材料在容量、循環(huán)穩(wěn)定性、動(dòng)力學(xué)方面性能均有明顯提高，其中葡萄糖添加量為6.5%制備出的Na3V2(PO4)3/C正極材料的比容量達(dá)102.4mAh/g，50次循環(huán)后的容量保持率達(dá)9

5、9.4%。該樣品顆粒的粒徑為微米級(jí)，分布不均，有層片狀的物質(zhì)存在。該樣品在0.2，0.5，1，2，5C充放電時(shí)，放電比容量分別為97.1，87.9，76.3，61.9，44.5mAh/g。
　　二是以乙二醇為碳源，利用簡(jiǎn)單的化學(xué)氣相沉積技術(shù)對(duì) Na3V2(PO4)3進(jìn)行表面碳包覆處理合成Na3V2(PO4)3/C正極材料來(lái)提高電化學(xué)性能。合成的樣品顆粒尺寸為微米級(jí)，分布較均勻。通過(guò)表面碳包覆，0.1C時(shí)放電比容量可達(dá)111.9mA