NaMnO2鈉電池正極的改性及其性能的研究.pdf

1、在本論文中對(duì)鈉離子電池和鋰離子電池兩種電池展開(kāi)了認(rèn)真的研究與描述，同時(shí)，也對(duì)已經(jīng)發(fā)表出來(lái)的鈉離子電池材料文獻(xiàn)進(jìn)行歸類(lèi)整理而且還對(duì)其詳細(xì)的介紹。在文章中對(duì)已經(jīng)研制出來(lái)的鈉離子電池正極材料它們的優(yōu)缺點(diǎn)展開(kāi)了全面討論分析，進(jìn)而引出了本論文的研究重心：利用含各種過(guò)渡金屬陽(yáng)離子材料，對(duì)已經(jīng)成功研制出來(lái)電池正極材料進(jìn)行摻雜改性，提高了鈉離子電池正極材料的導(dǎo)電率，而且還增加鈉離子在電極充放電過(guò)程中的傳導(dǎo)率，從而達(dá)到了使制備出來(lái)的電極材料具有更優(yōu)異的化

2、學(xué)性能。
　　主要內(nèi)容包括：
　　(1)介紹了P2型Na0.66Ni0.33Mn0.67-xMoxO2(x=0,0.03,0.05和0.07)改性材料，其通過(guò)固相燒結(jié)法制備合成出來(lái)，并且成功地將制備出來(lái)的正極活性材料來(lái)用于組裝鈉離子電池。通過(guò)XRD譜圖可以看出，Mo6+離子已經(jīng)成功的摻雜到層狀的鈉-鎳-錳體系中，而且 P2型晶體結(jié)構(gòu)并沒(méi)有因?yàn)閾诫s而改變。對(duì)比未改性料， Mo6+離子成功的摻雜到層狀的鈉-鎳-錳體系中能夠改良電

3、池正極材料在充放電循環(huán)過(guò)程中容量保持率。此外，在3.0至3.2V的電壓區(qū)間上可以明顯的觀察到一個(gè)額外的充放電平臺(tái)，這證明在嵌入和脫嵌過(guò)程中Na+/空穴的結(jié)構(gòu)排列穩(wěn)定得到了有效的控制。當(dāng)摻雜量x=0.05時(shí)，即Na0.66Ni0.33Mn0.62Mo0.05O2，電池在34 mA/g的電流密度、3.6V的電壓下，初始充分電容量可以達(dá)到112 mAh/g的放電容量。并且，在50次充放電循環(huán)后，組裝出來(lái)的電池還能有88％的容量保持率。通過(guò) E

4、IS證明鉬離子摻雜能夠有效改善鈉離子在充放電傳輸過(guò)程中受到的位阻效應(yīng)，也可以降低不可逆的充放電損失量。
　　(2) P2型層狀氧化物被認(rèn)為是最有潛力的鈉離子電池正極材料，并且到目前為止有著很多種化合物體系被學(xué)者研究。對(duì)P2型層狀氧化物的混料時(shí)間、合成時(shí)燒結(jié)溫度、調(diào)節(jié)爐子的升溫機(jī)制、材料形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的詳細(xì)研究仍然是為數(shù)不多的。在第四章中，會(huì)對(duì)P2型NaxNi0.22Co0.11Mn0.66O2正極材料的各種性能進(jìn)行測(cè)試，研究

5、出合成時(shí)燒結(jié)溫度對(duì)其正極形貌結(jié)構(gòu)還有電化學(xué)性能的影響。還有不同的煅燒溫度對(duì)材料的結(jié)構(gòu)會(huì)有很大的影響，例如，在700oC時(shí)材料會(huì)呈現(xiàn)出P3型，在750oC時(shí)表現(xiàn)出的是P2/P3混合型，而在800~900oC之間燒結(jié)出的電極材料就是P2型。P3型電極材料組裝成半電池時(shí)，其恒流充放電循環(huán)的初始比容量也表現(xiàn)出很好的儲(chǔ)能能力，但是在經(jīng)過(guò)很多次的充放電循環(huán)后，電池的容量會(huì)下降的很快，容量穩(wěn)定性也表現(xiàn)的較低。相對(duì)比之下， P2型NaxNi0.22Co

6、0.11Mn0.66O2純相，雖然恒流充放電循環(huán)的初始比容量不高，但是其循環(huán)穩(wěn)定性好，并且良好的充放電速率、高庫(kù)倫效率和較高的放電容量（117 mAh/g）。
　　(3)電極材料中存在Ni2+/Ni4+的氧化還原反應(yīng)，所以P2型Na2/3Ni1/3Mn2/3O2有著較高的工作電壓。然而，電池在充電到4.5 V之后，Na//Na2/3Ni1/3Mn2/3O2這種體系組成的鈉離子電池它的放電容量會(huì)很快衰減。因此在低于3.8V以下的潛在

7、區(qū)間，有效可逆容量被限制在80 mAh/g。在第五章中，介紹鈦摻雜Na2/3Ni1/3Mn2/3-xTixO2作為正極材料組成的電池體系的制備方法和電化學(xué)性能。我們測(cè)試得出，Na2/3Ni1/3Mn1/2Ti1/6O2正極材料組成的電池體系在3.7V的工作電壓下可逆容量可以達(dá)到129mAh/g。硬碳// Na2/3Ni1/3Mn1/2Ti1/6O2電池系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算得出的大約比容量超過(guò)300 W h k/g。對(duì)比石墨//LiCoO2鋰電池