P2-Na 2/3 Mn （1-x） Zn x （Cu x ）O 2 钠离子电池正极材料性能的研究
发布时间：2022-01-20 19:10
正极材料是制约电池能量密度的关键。基于过渡金属离子与晶格氧双重氧化还原反应的层状过渡金属氧化物具有高的比容量,是下一代高比能量钠离子电池的首选正极材料。然而,阴离子氧化还原反应的过程往往伴随着晶格结构的剧烈变化以及晶格氧的损失,导致正极材料极大的电压滞后和容量衰减。近年来的研究表明,在P2结构层状氧化物的电化学反应中,材料不但可能同时具有阳离子和阴离子的氧化还原活性,而且在循环过程中还能保持较高的结构稳定性。然而,关于该类型材料的研究还局限于碱金属或碱土金属掺杂的化合物中。在这种特殊的结构中,进一步拓宽该类型材料的研究范围、深入研究阴离子氧化反应的结构基础、理解阴离子氧化反应过程中稳定晶格氧的有效机制,对探索高容量电池电极材料有重要意义。因此,本文通过对P2-Na2/3Mn（1-x）MxO2（M=Zn、Cu）系列材料的研究,探索其中过渡金属和氧的相互作用,并进一步加深对阴离子氧化反应机理以及晶格氧稳定机制的理解。本文研究了不同含量Zn掺杂对P2-Na2/3...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要储能技术分类
哈尔滨工业大学工学硕士论文-2-体，相对负极集流体为铜箔的锂离子电池，钠离子电池将更具成本优势。因此，钠离子电池的研究受到了越来越多科研工作者的重视。表1-1Na和Li的性质对比性质NaLi相对原子质量（g/mol）23.006.94离子半径（）1.020.76熔点（℃）97.7180.5密度（g/cm3）0.5340.971第一电离能（KJ/mol）495.8520.2丰度2.83%0.006%标准电极电位（V）-2.71-3.04理论体积比容量（mAh/cm3）11312062理论质量比容量（mAh/g）116538611.2钠离子电池的工作原理如图1-2所示，钠离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜、集流体等组成。将正负极材料分别涂布到铝箔上，相对放置，中间用隔膜隔开，并且用电解液浸润整个电池体系。离子可以通过隔膜在正负极之间传导。在充电过程中，电池内部，钠离子从正极材料中脱出，在电解液中经过隔膜，嵌入到负极材料中。电池外部，外电路的电子经导线从正极传输到负极，保持整个体系电荷平衡。放电过程正好相反，钠离子从负极中脱出，通过浸润在电解液中的隔膜，嵌入到正极材料中。外部电路中，电子自负极传输到正极。图1-2钠离子电池的工作原理[3]
哈尔滨工业大学工学硕士论文-3-1.3钠离子电池正极材料钠离子电池电极材料的结构决定了其电化学性能。同高比容量、高稳定性的负极材料相比，正极材料的电化学性能具有很大的改善空间，是制约钠离子电池发展的关键性因素之一。因此，提升和改善现有正极材料的性能，探索新型的正极材料一直是钠离子电池研究领域的热门课题。一般来说，钠离子电池正极材料的选取原则有：（1）比容量和氧化还原电位较高；（2）具有合适且稳定的结构便于钠离子的嵌入和脱出；（3）电子导电率和离子导电率好；（4）环境友好，价格低廉等。目前钠离子电池正极材料主要有层状过渡金属氧化物、聚阴离子类材料、普鲁士蓝类化合物、有机材料等。1.3.1层状过渡金属氧化物1.3.1.1层状过渡金属氧化物的结构层状过渡金属氧化物是研究最早的一类嵌入型化合物，可用NaxMeO2来表示，其中Me表示过渡金属，如Mn、Ni、Fe、Co、Ti、V、Cr等。层状过渡金属氧化物具有合成简单、比容量较高等优点，从而吸引了许多科研工作者的关注。NaxMeO2主要由钠层和过渡金属层交替排列，堆垛而成。过渡金属和氧配位形成MeO6八面体构成过渡金属层，而钠离子位于层间。依据钠离子所处的配位环境命名相应的字母。如果钠离子的配位环境为三棱柱（Prismatic），则以“P”命名，如果为八面体（Octahedral），则以“O”命名。又依据单个晶胞内过渡金属的层数加以相应的数字，主要包括P2、P3、O2、O3四种结构[7]。其结构模型图如图1-3所示。图1-3钠离子电池层状过渡金属氧化物的主要结构[3]
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池正极材料研究进展[J]. 方永进,陈重学,艾新平,杨汉西,曹余良. 物理化学学报. 2017(01)
本文编号：3599365
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要储能技术分类
哈尔滨工业大学工学硕士论文-2-体，相对负极集流体为铜箔的锂离子电池，钠离子电池将更具成本优势。因此，钠离子电池的研究受到了越来越多科研工作者的重视。表1-1Na和Li的性质对比性质NaLi相对原子质量（g/mol）23.006.94离子半径（）1.020.76熔点（℃）97.7180.5密度（g/cm3）0.5340.971第一电离能（KJ/mol）495.8520.2丰度2.83%0.006%标准电极电位（V）-2.71-3.04理论体积比容量（mAh/cm3）11312062理论质量比容量（mAh/g）116538611.2钠离子电池的工作原理如图1-2所示，钠离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜、集流体等组成。将正负极材料分别涂布到铝箔上，相对放置，中间用隔膜隔开，并且用电解液浸润整个电池体系。离子可以通过隔膜在正负极之间传导。在充电过程中，电池内部，钠离子从正极材料中脱出，在电解液中经过隔膜，嵌入到负极材料中。电池外部，外电路的电子经导线从正极传输到负极，保持整个体系电荷平衡。放电过程正好相反，钠离子从负极中脱出，通过浸润在电解液中的隔膜，嵌入到正极材料中。外部电路中，电子自负极传输到正极。图1-2钠离子电池的工作原理[3]
哈尔滨工业大学工学硕士论文-3-1.3钠离子电池正极材料钠离子电池电极材料的结构决定了其电化学性能。同高比容量、高稳定性的负极材料相比，正极材料的电化学性能具有很大的改善空间，是制约钠离子电池发展的关键性因素之一。因此，提升和改善现有正极材料的性能，探索新型的正极材料一直是钠离子电池研究领域的热门课题。一般来说，钠离子电池正极材料的选取原则有：（1）比容量和氧化还原电位较高；（2）具有合适且稳定的结构便于钠离子的嵌入和脱出；（3）电子导电率和离子导电率好；（4）环境友好，价格低廉等。目前钠离子电池正极材料主要有层状过渡金属氧化物、聚阴离子类材料、普鲁士蓝类化合物、有机材料等。1.3.1层状过渡金属氧化物1.3.1.1层状过渡金属氧化物的结构层状过渡金属氧化物是研究最早的一类嵌入型化合物，可用NaxMeO2来表示，其中Me表示过渡金属，如Mn、Ni、Fe、Co、Ti、V、Cr等。层状过渡金属氧化物具有合成简单、比容量较高等优点，从而吸引了许多科研工作者的关注。NaxMeO2主要由钠层和过渡金属层交替排列，堆垛而成。过渡金属和氧配位形成MeO6八面体构成过渡金属层，而钠离子位于层间。依据钠离子所处的配位环境命名相应的字母。如果钠离子的配位环境为三棱柱（Prismatic），则以“P”命名，如果为八面体（Octahedral），则以“O”命名。又依据单个晶胞内过渡金属的层数加以相应的数字，主要包括P2、P3、O2、O3四种结构[7]。其结构模型图如图1-3所示。图1-3钠离子电池层状过渡金属氧化物的主要结构[3]
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池正极材料研究进展[J]. 方永进,陈重学,艾新平,杨汉西,曹余良. 物理化学学报. 2017(01)
本文编号：3599365
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