本文關(guān)鍵詞：鈉離子電池高能正極材料的研究

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【摘要】：在能量密度方面,鈉離子電池與鋰離子電池相差不多,再加上因自然界含量低而成本低、合適的能量密度和氧化還原電位(Eθ(Na+/Na)=-2.71 V與鋰離子的電極電勢相比僅僅只高0.3 V)等優(yōu)點(diǎn),具有很大的應(yīng)用潛能而吸引著我們。但鈉離子的半徑比鋰離子的半徑大,所以即使是同樣的正極材料理論上鈉離子電池的容量都較鋰離子電池低,并且鈉離子電池正極材料的研究處于開發(fā)階段,還有很多工作需要去做。本論文的目的是研究鈉離子電池高能正極材料。NaV_3O_8·xH_2O和Na Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2因其具有高的放電容量而成為本論文研究的對象。本論文分別用水熱法和溶膠凝膠法合成了NaV_3O_8·xH_2O正極材料。對水熱法合成NaV_3O_8·xH_2O的工藝進(jìn)行了優(yōu)化:1.探索了通過水熱法制備NaV_3O_8·xH_2O,分別在300℃、400℃、500℃煅燒溫度的影響,采用恒流充放電測試對它們進(jìn)行了電化學(xué)表征,結(jié)果表明在180℃水熱48 h,再在300℃煅燒2 h所合成的NaV_3O_8·xH_2O的性能最優(yōu):在10 m A/g的電流時,放電容量幾乎能達(dá)到180 m Ah/g,并且得出高溫對NaV_3O_8·xH_2O的晶體結(jié)構(gòu)有破壞的影響。2.通過SDBS(十二烷基苯磺酸鈉)對NaV_3O_8·xH_2O進(jìn)行形貌引導(dǎo),從而改變化學(xué)性能,并找出最佳加入量。通過電鏡可以發(fā)現(xiàn)SDBS可以引導(dǎo)NaV_3O_8·xH_2O沿著一維方向生長。其電化學(xué)性能表明:加入0.04 mol/L SDBS的NaV_3O_8·xH_2O正極材料與沒有加入SDBS的NaV_3O_8·xH_2O相比能將其首次放電容量從179.39 m Ah/g提升到227.5 m Ah/g在10 m A/g。陰陽離子摻雜改性了正極材料NaV_3O_8·xH_2O:陽離子摻雜了Mn~(3+)、Fe~(3+)。摻雜Mn~(3+)后在大電流下,倍率性能反而有所下降。循環(huán)性能也只是被輕微地改善。摻雜Fe~(3+)后倍率性能有所改善,但循環(huán)性能反而下降。陰離子摻雜了F、Cl。通過SEM表征表明:F的摻雜同樣會使納米NaV_3O_8·xH_2O朝一維方向生長,并且分布更均勻等特點(diǎn)。再通過恒流充放電表征結(jié)果表明:摻雜0.05 F、Cl時,其循環(huán)性能和倍率性能都是最好的。分別用MgO、ZnO對水熱法合成的正極材料NaV_3O_8·xH_2O進(jìn)行了表面包覆,并探索了最佳包覆量。通過對材料的表征和電化學(xué)性能的表征表明:(1)隨著包覆的MgO、ZnO的量的增加,納米NaV_3O_8·xH_2O朝一維方向生長,從而縮短了擴(kuò)散路徑(1%wt MgO和1.5%wt ZnO最佳)(2)隨著MgO、ZnO的量的增加能提高正極材料NaV_3O_8·xH_2O的放電容量和減少阻抗(1%wt MgO和1.5%wt ZnO最佳)。并在溶膠凝膠法合成的NaV_3O_8·xH_2O空白正極材料上包覆了C,還成功地找出了最佳包覆量。成功地改善了它的電化學(xué)性能如:放電容量和循環(huán)性能。本論文分別通過合成方法和合成工藝兩方面對于Na Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正極材料進(jìn)行了研究,首次成功地用有機(jī)共沉淀的方法合成出了Na Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2,再結(jié)合XRD和電化學(xué)性能的研究結(jié)果找到了有機(jī)共沉淀的最佳合成方法為:有機(jī)共沉淀法(壓片,260℃煅燒2 h,900℃燒12 h,金屬滴8-羥基喹啉)。
【關(guān)鍵詞】：鈉離子電池 正極材料 NaV_3O_8·xH_2O NaNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2 改性
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 引言13
• 1.2 鈉離子電池的概述13-15
• 1.2.1 鈉離子電池的發(fā)展13-14
• 1.2.2 鈉離子電池的組成與工作原理14-15
• 1.2.3 鈉離子電池的特點(diǎn)15
• 1.3 鈉離子電池正極材料的概述15-20
• 1.3.1 五氧化二釩正極材料15-16
• 1.3.2 單晶Na_(0.44)MnO_2納米線正極材料16
• 1.3.3 磷酸鹽材料正極材料16-18
• 1.3.4 氟磷酸鈉鹽正極材料18-19
• 1.3.5 氟代硫酸鐵鈉正極材料19
• 1.3.6 焦磷酸鈉鹽正極材料19-20
• 1.4 NaV_3O_8·xH_2O 正極材料20-21
• 1.5 NaNi_(1/3)CO_(1/3)Mn_(1/3)O_2的研究進(jìn)展21-22
• 1.6 本論文的主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)所用試劑儀器與表征手段23-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與試劑23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)主要儀器23-24
• 2.3 材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征24-25
• 2.3.1 X射線粉末衍射24
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡24
• 2.3.3 傅立葉變換紅外光譜24
• 2.3.4 X射線光電子能譜24-25
• 2.4 電化學(xué)性能測試25-29
• 2.4.1 組裝電池25-26
• 2.4.2 電化學(xué)性能表征方法26-29
• 第三章 不同合成方法對NaV_3O_8·xH_2O 正極材料的影響29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 水熱法合成NaV_3O_8·xH_2O29-32
• 3.2.1 材料的合成29
• 3.2.2 材料的表征29-32
• 3.3 溶膠凝膠法合成NaV_3O_8·xH_2O32-35
• 3.3.1 材料的合成32
• 3.3.2 材料的表征32-35
• 3.4 小結(jié)35-37
• 第四章 NaV_3O_8·xH_2O 正極材料合成工藝的研究37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 水熱法合成NaV_3O_8·xH_2O 煅燒溫度的影響37-39
• 4.2.1 合成步驟37
• 4.2.2 材料的表征37-39
• 4.3 表面活性劑輔助水熱法合成NaV_3O_8·xH_2O39-43
• 4.3.1 合成步驟39
• 4.3.2 材料的表征39-43
• 4.4 溶膠凝膠法合成工藝優(yōu)化43-46
• 4.4.1 材料的合成43
• 4.4.2 材料的表征43-46
• 4.5 小結(jié)46-47
• 第五章 NaV_3O_8·xH_2O 正極材料的摻雜改性研究47-59
• 5.1 引言47
• 5.2 Mn摻雜NaV_3O_8·xH_2O47-49
• 5.2.1 材料的合成47
• 5.2.2 材料的表征47-49
• 5.3 Fe摻雜NaV_3O_8·xH_2O49-51
• 5.3.1 材料的合成49
• 5.3.2 材料的表征49-51
• 5.4 F摻雜NaV_3O_8·xH_2O51-56
• 5.4.1 材料的合成51
• 5.4.2 材料的表征51-56
• 5.5 Cl摻雜NaV_3O_8·xH_2O56-57
• 5.5.1 材料的合成56
• 5.5.2 材料的表征56-57
• 5.6 小結(jié)57-59
• 第六章 NaV_3O_8·xH_2O正極材料的表面包覆改性研究59-73
• 6.1 前言59
• 6.2 ZnO包覆水熱法合成的NaV_3O_8·xH_2O59-65
• 6.2.1 材料的合成59
• 6.2.2 材料的表征59-65
• 6.3 MgO包覆水熱法合成的NaV_3O_8·xH_2O65-69
• 6.3.1 材料的合成65
• 6.3.2 材料的表征65-69
• 6.4 C包覆溶膠凝膠法合成的NaV_3O_8·xH_2O69-71
• 6.4.1 材料的合成69
• 6.4.2 材料的表征69-71
• 6.5 小結(jié)71-73
• 第七章 NaNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2有機(jī)共沉淀合成方法的研究73-81
• 7.1 引言73
• 7.2 無機(jī)共沉淀法與有機(jī)共沉淀法的比較73-75
• 7.2.1 材料的合成73
• 7.2.2 材料的表征73-75
• 7.3 有機(jī)共沉淀金屬滴加順序的選擇75-77
• 7.3.1 材料的合成75
• 7.3.2 材料的表征75-77
• 7.4 煅燒溫度對 NaNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的影響77-79
• 7.4.1 材料的合成77
• 7.4.2 材料的表征77-79
• 7.5 小結(jié)79-81
• 第八章 結(jié)論與展望81-85
• 8.1 結(jié)論81-83
• 8.2 展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-91
• 致謝91-93
• 附錄93

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4 馬小玲;郭從盛;譚宏斌;;熔融-水熱法合成粉煤灰沸石及其吸附性能研究[J];再生資源研究;2006年06期

5 歐平;徐剛;倪利紅;韓高榮;;α-Fe_2O_3的水熱法合成及其相形成機(jī)理[J];稀有金屬材料與工程;2008年S2期

6 張帆;陸遙;王占杰;;水熱法合成單分散鋯鈦酸鉛壓電陶瓷粉體[J];中國粉體技術(shù);2012年01期

7 袁心強(qiáng),韋新權(quán),匡永紅;桂林水熱法合成紅寶石的鑒定特征[J];標(biāo)準(zhǔn)計量與質(zhì)量;2003年S1期

8 曹慧群;王芳;于斌;王銀治;李上嬌;羅仲寬;;水熱法合成KNbO_3的研究[J];稀有金屬材料與工程;2010年S2期

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7 李甜;陶奇;何宏平;朱建喜;袁鵬;;Si/Al對水熱法合成皂石結(jié)構(gòu)特征的影響[A];2012年全國礦物科學(xué)與工程學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2012年

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