【摘要】：鈉離子電池作為后鋰時代代表性的成員,在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中極具吸引力和應用前景。鈉離子電池材料由于其資源豐富、成本效益高且使用壽命長的優(yōu)點使得人們對鈉離子電池(SIBs)的研究成為熱點。聚陰離子型鈉基材料是SIBs中最具應用前景的電極材料之一,它們具有較好的結構穩(wěn)定性,安全性和較高的工作電壓。然而,這種材料相對較低的導電率和比容量限制了它們的應用。本文通過對比固相法、前驅體兩步法和水熱法三種合成方法。發(fā)現(xiàn)水法法可合成具有鈉離子遷移通道的橄欖石(Olivine)型的磷酸錳鈉(NaMnPO_4),并對其原料配比、水熱溫度及碳包覆溫度進行了優(yōu)化。在Na:P:Mn為3:1:1,水熱和煅燒溫度分別為180℃和500℃條件下,直接合成的NaMnPO_4在0.1C時放電比容量為59.6mAh·g~(-1),Na離子擴散系數(shù)為1.31×10~(-14)cm·s~(-1)。采用溶膠凝膠法合成Na_(3-2x)Mg_xV_2(PO_4)_3/C(x=0、0.05、0.1、0.2)正極材料。通過SEM觀察其粒徑在200~600nm之間,XPS分析結果表明Mg和V分別為+2和+3價。電化學分析結果表明當x=0.05時獲得的樣品電化學性能最佳,可能是因為Mg~(2+)取代Na~+形成等量的Na空位引起Na離子擴散系數(shù)增加,但Mg取代量過多又可能導致晶格畸變加劇。Na_(2.9)Mg_(0.05)V_2(PO_4)_3/C在10C、20C和30C下的放電比容量為1C時的98.9%和91.5%和76.2%,在10C下循環(huán)1200圈容量保持率為80.3%,具有良好的應用前景。采用球磨噴霧干燥輔助高溫固相法來合成銅取代的Na_3V_(2-x)Cu_x(PO_4)_3/C(x=0、0.01、0.03、0.05、0.07),并利用XRD、SEM、XPS、EPR和電化學手段對樣品進行了研究。結果表明,當x=0.05時獲得的Na_3V_(1.95)Cu_(0.05)(PO_4)_3/C樣品在50C(5.88A·g~(-1))電流密度下放電比容量為90.6mAh·g-1,20C(2.35A·g~(-1))下循環(huán)2000周容量保持率為88.2%,具有較好的倍率和循環(huán)性能。Cu取代有效提升了材料的電子電導率(7.2×10~(-2)S·cm~(-1))和鈉離子擴散系數(shù)(1.695×10~(-12)cm~2·s~(-1)),這是由于Cu~(2+)取代V~(3+)產(chǎn)生了氧空位并有伴生電子產(chǎn)生作用的結果。此外,不活潑的Cu~(2+)可作為支柱穩(wěn)定材料結構,減少充放電過程中結構的體積變化。
【圖文】：

（a）O3相和（b）相和（c）隧道結構示意圖

（101）晶面Olivine結構NaMnPO4和Maricite結構的NaMnPO4Fig.1.2ThecrystalstructureofOlivineNaMnPO4&MariciteNaMnPO4
【學位授予單位】：上海應用技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 張寧;劉永暢;陳程成;陶占良;陳軍;;鈉離子電池電極材料研究進展[J];無機化學學報;2015年09期

2 陳穎欽;何晗冰;劉暢;陸小華;;葡萄糖和蔗糖熱分解過程的動力學分析[J];過程工程學報;2010年04期

相關博士學位論文 前1條

1 程斌;鋰/鈉離子電池電極材料磷酸釩鋰/鈉的制備及表征[D];中國科學技術大學;2016年

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本文編號：2648653