多金屬共摻雜制備Na 0.67 Mn 0.67 Ni 0.33-x Co x O 2 鈉離子電池正極材料及電化學性能優(yōu)化
發(fā)布時間：2022-02-08 11:37
利用簡單的水熱結合煅燒法制備Na0.91MnO2,并以此為前驅體材料,在相同條件下進行Ni摻雜制備Na0.67Mn0.67Ni0.33O2納米顆粒有效地提高了比容量。進一步地,又對Na0.67Mn0.67Ni0.33O2進行Co摻雜制得Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2,發(fā)現(xiàn)得到的電極材料具有更高的循環(huán)穩(wěn)定性。通過微觀結構及成分分析所合成的樣品成分均一、形貌均勻,粒徑大約300nm。其中Ni、Co共摻雜的Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2在電流密度0.1C時,首次充、放電比容量均為160mA·h·g-1
【文章來源】：機械工程學報. 2020,56(10)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
燒結后制備Na0.91Mn O2,Na0.67Mn0.67Ni0.33O2納米顆粒的掃描電鏡圖
圖1為經過750℃煅燒后制備的Na0.67Mn0.67-Ni0.33-xCoxO2納米顆粒的掃描電鏡(Scanning electron microscope,SEM)圖。由圖1可知，所合成樣品形貌均勻納米球體，粒徑大約300 nm。由于經過煅燒后顆粒略有團聚現(xiàn)象出現(xiàn)。圖1c為合成納米顆粒的能譜(Energy disperse spectroscopy,EDS)圖，可以看出各納米顆粒出現(xiàn)Na、Mn、Ni、Co、O五種元素并且各個元素分布比較均勻，說明通過簡單的水熱合成及煅燒的方法可以成功制備出Co、Ni共摻雜的錳酸鈉離子電池正極材料。圖2為經過750℃煅燒后制備的Na0.67Mn0.67-Ni0.33-xCoxO2的透射電鏡(Transmission electron microscope,TEM)圖。由圖可知所合成的樣品與SEM圖保持一致，均為納米顆粒形貌，邊角比較圓潤，且粒徑大小保持在300 nm左右。圖2c的高分辨透射電鏡(High-resolution transmission electron microscopy,HRTEM)圖譜，可以發(fā)現(xiàn)晶格條紋清晰整齊具備典型的晶體結構特征，同時晶面間距是0.57 nm對應于Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的標準卡片(JCPDF:54-0894)的(002)晶面[30]，這說明Co的摻雜對于合成樣品的晶體結構影響不大。通過TEM圖分析進一步證明了制備出的樣品為Co、Ni共摻雜的錳酸鈉納米顆粒。
圖3 燒結后制備Na0.91Mn O2,Na0.67Mn0.67Ni0.33O2納米顆粒的掃描電鏡圖圖4為合成不同樣品的X射線衍射分析(X-ray diffraction,XRD)圖。其中，由圖4a可知，Na0.91MnO2衍射峰與標準卡片(JCPDF:43-1456)一致，在24.92°、36.96°、40.48°、48.70°、50.08°和65.05°處的峰分別對應(110)、(101)、(111)、(031)和(040)晶面[31]；產物Na0.67Mn0.67Ni0.33O2屬六方晶系，衍射峰與標準卡片(JCPDF:54-0894)對應，其中在15.79°、31.95°、35.90°、36.81°、39.45°、43.56°和64.56°處的峰分別對應(002)、(004)、(100)、(101)、(012)、(103)和(110)晶面[31-33]。由此可知，本試驗成功合成出了Na0.91MnO2和Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的納米顆粒。另外，通過與標準PDF卡片對比發(fā)現(xiàn)，兩個產物都生成了少量雜質，前者生成了部分MnO2(用*標記)，后者生成了Mn2O3(用◇標記)以及一部分Na0.91MnO2(24.90°左右的衍射峰)。由圖4b可知，經過鈷摻雜樣品的XRD衍射峰與產物Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的特征峰基本相同的，同時在37.68°和45.40°位置增加了兩個衍射峰，而這兩個衍射峰屬于Na2CoO2的衍射峰，這說明在成功進行鈷摻雜制備Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2的同時出現(xiàn)了少量的雜質峰。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Mesoporous TiO2 Nanofiber as Highly Efficient Sulfur Host for Advanced Lithium–Sulfur Batteries[J]. Xinyu Shan,Zuoxing Guo,Xu Zhang,Jie Yang,Lianfeng Duan. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2019(04)
[2]鈉錳比對NaxMnO2的性能和鈉離子脫嵌過程的影響[J]. 謝永純,王成,蔣芳,楊洋,蘇靜,龍云飛,文衍宣. 電化學. 2018(04)
[3]Composites of sodium manganese oxides with enhanced electrochemical performance for sodium-ion batteries: Tailoring properties via controlling microstructure[J]. HUANG JiaJia,LUO Jian. Science China（Technological Sciences）. 2016(07)
[4]新型鋰離子電池正極材料LiFePO4的研究進展[J]. 趙新兵,謝健. 機械工程學報. 2007(01)
本文編號：3614997
【文章來源】：機械工程學報. 2020,56(10)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
燒結后制備Na0.91Mn O2,Na0.67Mn0.67Ni0.33O2納米顆粒的掃描電鏡圖
圖1為經過750℃煅燒后制備的Na0.67Mn0.67-Ni0.33-xCoxO2納米顆粒的掃描電鏡(Scanning electron microscope,SEM)圖。由圖1可知，所合成樣品形貌均勻納米球體，粒徑大約300 nm。由于經過煅燒后顆粒略有團聚現(xiàn)象出現(xiàn)。圖1c為合成納米顆粒的能譜(Energy disperse spectroscopy,EDS)圖，可以看出各納米顆粒出現(xiàn)Na、Mn、Ni、Co、O五種元素并且各個元素分布比較均勻，說明通過簡單的水熱合成及煅燒的方法可以成功制備出Co、Ni共摻雜的錳酸鈉離子電池正極材料。圖2為經過750℃煅燒后制備的Na0.67Mn0.67-Ni0.33-xCoxO2的透射電鏡(Transmission electron microscope,TEM)圖。由圖可知所合成的樣品與SEM圖保持一致，均為納米顆粒形貌，邊角比較圓潤，且粒徑大小保持在300 nm左右。圖2c的高分辨透射電鏡(High-resolution transmission electron microscopy,HRTEM)圖譜，可以發(fā)現(xiàn)晶格條紋清晰整齊具備典型的晶體結構特征，同時晶面間距是0.57 nm對應于Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的標準卡片(JCPDF:54-0894)的(002)晶面[30]，這說明Co的摻雜對于合成樣品的晶體結構影響不大。通過TEM圖分析進一步證明了制備出的樣品為Co、Ni共摻雜的錳酸鈉納米顆粒。
圖3 燒結后制備Na0.91Mn O2,Na0.67Mn0.67Ni0.33O2納米顆粒的掃描電鏡圖圖4為合成不同樣品的X射線衍射分析(X-ray diffraction,XRD)圖。其中，由圖4a可知，Na0.91MnO2衍射峰與標準卡片(JCPDF:43-1456)一致，在24.92°、36.96°、40.48°、48.70°、50.08°和65.05°處的峰分別對應(110)、(101)、(111)、(031)和(040)晶面[31]；產物Na0.67Mn0.67Ni0.33O2屬六方晶系，衍射峰與標準卡片(JCPDF:54-0894)對應，其中在15.79°、31.95°、35.90°、36.81°、39.45°、43.56°和64.56°處的峰分別對應(002)、(004)、(100)、(101)、(012)、(103)和(110)晶面[31-33]。由此可知，本試驗成功合成出了Na0.91MnO2和Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的納米顆粒。另外，通過與標準PDF卡片對比發(fā)現(xiàn)，兩個產物都生成了少量雜質，前者生成了部分MnO2(用*標記)，后者生成了Mn2O3(用◇標記)以及一部分Na0.91MnO2(24.90°左右的衍射峰)。由圖4b可知，經過鈷摻雜樣品的XRD衍射峰與產物Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的特征峰基本相同的，同時在37.68°和45.40°位置增加了兩個衍射峰，而這兩個衍射峰屬于Na2CoO2的衍射峰，這說明在成功進行鈷摻雜制備Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2的同時出現(xiàn)了少量的雜質峰。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Mesoporous TiO2 Nanofiber as Highly Efficient Sulfur Host for Advanced Lithium–Sulfur Batteries[J]. Xinyu Shan,Zuoxing Guo,Xu Zhang,Jie Yang,Lianfeng Duan. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2019(04)
[2]鈉錳比對NaxMnO2的性能和鈉離子脫嵌過程的影響[J]. 謝永純,王成,蔣芳,楊洋,蘇靜,龍云飛,文衍宣. 電化學. 2018(04)
[3]Composites of sodium manganese oxides with enhanced electrochemical performance for sodium-ion batteries: Tailoring properties via controlling microstructure[J]. HUANG JiaJia,LUO Jian. Science China（Technological Sciences）. 2016(07)
[4]新型鋰離子電池正極材料LiFePO4的研究進展[J]. 趙新兵,謝健. 機械工程學報. 2007(01)
本文編號：3614997
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