鈉離子電池作為一種二次可逆充放電電池,具有豐富的原料資源以及相對穩(wěn)定的電化學(xué)性能,被認(rèn)為是最具有潛力的候選儲能系統(tǒng)之一。但目前鈉離子電池的能量密度、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性仍受正極材料的限制。基于過渡金屬離子與晶格氧雙重氧化還原反應(yīng)的層狀過渡金屬氧化物正極材料具有較高的比容量,是實(shí)現(xiàn)高比能量鈉離子電池較為理想的正極材料。然而,由于鈉離子的離子半徑較大導(dǎo)致其擴(kuò)散緩慢,因此鈉離子電池正極材料的發(fā)展仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。本文通過共沉淀法制備了P2相過渡金屬層狀氧化物Na_2/3Ni_1/6Co_1/6Mn_2/3O₂,并以其為研究對象,對其電化學(xué)性能、高壓下相轉(zhuǎn)變對材料的影響以及不同添加劑對于該材料與硬碳組裝的全電池性能影響進(jìn)行了一系列研究。本文借助X射線衍射（XRD）以及掃描電子顯微鏡（SEM）等表征方式研究了Co摻雜對材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明:1)通過Co元素的摻雜使得材料晶體結(jié)構(gòu)的晶胞參數(shù)c/a變大,倍率性能得到了提升,在20 C（1 C=100m A/g）的倍率下仍然有3... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈉離子電池工作原理[8]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-1.2.2鈉離子電池的工作原理鈉離子電池與鋰離子電池具有十分相近的工作原理（如圖1-1所示），在電池的充電過程中，鈉離子從正極材料中被提取出來，通過電解質(zhì)和隔膜插入到負(fù)極材料中，并且通過外部電路將電子的補(bǔ)償電荷提供給負(fù)極。當(dāng)充電完成后，此時(shí)負(fù)極處于鈉富集狀態(tài)，而正極處于鈉耗盡狀態(tài)。在放電過程中則發(fā)生相反的反應(yīng)，在外部電壓的作用下，鈉離子由負(fù)極材料中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)又返回到正極材料中[8]。如上文所提到的，相較于鋰離子電池，對于鈉離子電池來說電極材料的選擇有更多的限制，一方面缺少理論指導(dǎo)，另一方面缺乏具有示范意義的材料體系。目前鈉離子電池的電極材料主要是借鑒鋰離子電池中的材料，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩眩具體正負(fù)極材料的應(yīng)用會在下文進(jìn)行詳細(xì)討論。1.3鈉離子電池研究進(jìn)展科研人員通過各種方法來改善鈉離子電池的性能，主要包括開發(fā)新型正極材和負(fù)極材料，以及優(yōu)化電解液成分，包括使用添加劑等手段，來提升鈉離子電池的性能。本小節(jié)將從這幾個(gè)方面對鈉離子電池的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行闡述和分析總結(jié)。1.3.1正極材料在鈉離子電池中的應(yīng)用及其研究進(jìn)展鈉離子電池中，最為關(guān)鍵的步驟就在于鈉離子在正極和負(fù)極間的脫出以及嵌入過程，因此正負(fù)極活性材料很大程度上決定了電池的電化學(xué)性能。常見的鈉離子正負(fù)極材料如圖1-2所示。良好的鈉離子電池正極材料應(yīng)該具有高氧化還原電勢、高可逆比容量以及具有較好的穩(wěn)定性等特質(zhì)，目前受到學(xué)者廣泛研究的主要有以下幾類：圖1-2常見鈉離子正極材料工作電壓以及比容量[1]

.5Mn0.5O2在小電流充放電的情況下比容量可以達(dá)到200mAh/g[20]，Yabuuchi等人[21]通過離子交換法從LiNi0.5Mn0.5O2中得到了NaNi0.5Mn0.5O2。Komaba等人[22]之后又對這種材料進(jìn)行了更加詳細(xì)的研究，他們發(fā)現(xiàn)NaNi0.5Mn0.5O2作為正極材料在電壓范圍為2.0-3.8V，電流密度為8mA/g的條件下，可逆容量高達(dá)120mAh/g。含有鎳元素的層狀氧化物是一種非常具有潛力的儲能電池系統(tǒng)，這類氧化物的電化學(xué)性能具有相對較高的工作電壓，因?yàn)殒嚨膬r(jià)態(tài)具有+2、+3和+4，因此在氧化還原反應(yīng)中能提供更多的電荷補(bǔ)償。圖1-5Na0.44MnO2a)晶體結(jié)構(gòu);b)循環(huán)伏安曲線[23]


本文編號：2910585