【摘要】：鈉離子電池作為后鋰時(shí)代代表性的成員,在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中極具吸引力和應(yīng)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(diǎn)使得人們對(duì)鈉離子電池(SIBs)的研究成為熱點(diǎn)。聚陰離子型鈉基材料是SIBs中最具應(yīng)用前景的電極材料之一,它們具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,安全性和較高的工作電壓。然而,這種材料相對(duì)較低的導(dǎo)電率和比容量限制了它們的應(yīng)用。本文通過對(duì)比固相法、前驅(qū)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(duì)其原料配比、水熱溫度及碳包覆溫度進(jìn)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(shí)放電比容量為59.6mAh·g~(-1),Na離子擴(kuò)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(jié)果表明Mg和V分別為+2和+3價(jià)。電化學(xué)分析結(jié)果表明當(dāng)x=0.05時(shí)獲得的樣品電化學(xué)性能最佳,可能是因?yàn)镸g~(2+)取代Na~+形成等量的Na空位引起Na離子擴(kuò)散系數(shù)增加,但Mg取代量過多又可能導(dǎo)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(shí)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(yīng)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(xué)手段對(duì)樣品進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,當(dāng)x=0.05時(shí)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(dǎo)率(7.2×10~(-2)S·cm~(-1))和鈉離子擴(kuò)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(jié)果。此外,不活潑的Cu~(2+)可作為支柱穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu),減少充放電過程中結(jié)構(gòu)的體積變化。
【圖文】：

（a）O3相和（b）相和（c）隧道結(jié)構(gòu)示意圖

（101）晶面Olivine結(jié)構(gòu)NaMnPO4和Maricite結(jié)構(gòu)的NaMnPO4Fig.1.2ThecrystalstructureofOlivineNaMnPO4&MariciteNaMnPO4
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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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(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：2648653