纳微结构钠离子电池正极材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2021-03-11 05:02
由于全球分布广泛的钠资源以及价格低廉的钠盐成本,钠离子电池有望应用于未来大规模储能领域。与下一代锂离子电池的开发相似,实用型钠离子电池的开发也受限于缺乏合适的正极材料。Na+半径相较于Li+更大,在离子嵌入和脱出的过程需要更大的离子通道,并可能会对材料结构造成破裂、粉化。因此,对钠离子电池的材料选择更加苛刻。本论文设计合成了两种具有纳微复合结构的高性能钠离子电池正极材料,测试了其相关的物化结构特征以及钠离子电池正极的电化学性能。主要研究内容与创新点如下:（1）使用简便易行的碳酸盐共沉淀方法合成微米球前驱体,经高温煅烧后,得到纯相的P2相层状过渡金属氧化物—Na0.67Ni0.33Mn0.6702 产物。P2-Na0.67Ni0.33Mn0.6702 作为钠离子电池正极材料,具有较高的比容量（108mAh/g）、稳定的循环特性（200圈后容量保持率91%）和优异的倍率特性（15C大电流下仍达到80mAh/g）。该材料为设计和调控纳微结构的钠离子电池正极材料提供了一个新途径。（2）设计并构筑了纳米NaFeP04@多孔碳基底的纳微复合材料。该复合材料由纳米尺度NaFePO4颗粒镶嵌于具有三维...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ａ）不同电池系统的能量储存潜力（ＥＳＰ，单位ＴＷｈ）
实用的优势。其工作温度范围在－４０?°Ｃ？８０?°Ｃ之间，且电池的正常工作不需要辅??热设备支持。钠离子电池与ＬＩＢ相似，被称为“摇椅式”电池，通过离子在正负??极材料之间可逆脱嵌以实现能量的存储与释放。［１２］下图１－２为钠离子电池的工作??原理图。电池进行充电时，从正极材料中脱出钠离子，通过钠盐溶于有机溶剂的??电解液嵌入负极材料，而外电路种电子的传输方向为从正极流入负极，如此以实??现电荷平衡；电池放电则经历相反的过程。正常的钠离子电池充放电下，此过程??不会破坏钠离子电池正负极的材料结构，因此钠离子电池脱嵌反应为理想化的可??逆反应。［１３］??Ｃｈａｒｇｅ??４?＾??？?—°?：?—?〇??ａ?°?．．??Ａｉ?Ｃａｔｈｏｄｅ?ＳＥ丨?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ＳＥ丨?Ａｎｏｄｅ?Ａｉ?＋???ｒｉｐ???Ｌｆｆｌ?：＊＝ｔ＝??Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??图１－２钠离子电池的工作原理图［１４］??１．３?钠离子电池正极材料??电极材料决定电池系统的性能，碱离子电池性能的发挥主要限制于正极材料；??因此，钠离子电池真正能够推向市场、实现产业化的关键主要是寻找恰当的钠离??子电池正极电极材料。通常认为，钠离子电池正极材料应当考虑到能量密度、比??容量、钠离子电池池循环寿命、倍率性能以及安全性等综合因素
??改善新型正极材料。图１－７为业界普遍关注较多的钠离子电池正负极材料比容量和??电压对照表。［１７１??５ｉ????Ｎａ３ＮｉＺｒ（Ｐ〇４）３??＾?〇－ＮａＦｅ０２??■?＼?＼?．ＮａＵ０．２Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２??＼＼?＼?Ｎａ３Ｖ２（Ｐ〇４）３??４?＿?感?＼?＼?ｆ?矗，Ｐ２＂Ｎａ２／３Ｎｉ１／３Ｍｎ２００２??互??＾?＾?＂ｆ?｜?Ｐ｜＾ＮａＭｎ〇２??１?．二?ＪＪｆ??Ｕｉ?＾?￣?Ｎａ１－ｘＮｉ０．５Ｍ？０．５〇２?＿?＿??２?ＮａＴｉ２（Ｐ〇４）３?／ｐｅＳ??＊５??Ｕ４ＴＩ５０１２?Ｓｎ／Ｃ?／?ＳｎＳｂ，，ｃ?ｐ／ｃ??１?－?Ｎ＾ｒ．３０７?Ｋ?／?严?Ｓｂ２〇４?＼??Ｃ—Ｊ?Ｉ?＂?＼??ｍａｔｅｒｉａ?丨?氣謙?Ｉ?Ｉ?１??０?１００?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?１８００?２０００??Ｃａｐａｃｉｔｙ?（ｍＡｈ／ｇ）??图１－３钠离子电池正负极材料的容量和电压对照图〖１７】??１．３．１层状金属氧化物??由于接近２５０?ｍＡｈ／ｇ的高理论容量，层状过渡金属氧化物引起了科研界极??大兴趣。具有丰富的活性元素中心、不错的电化学性能以及可调整成分组成，层??状金属氧化物作为钠离子电池一类有前途的正极材料而出现。［１８］这大类材料主??要以ＮａｘＭ０２为主（Ｍｅ为过渡金属的一种或几种），其晶胞结构如图１－３所示。??通常，根据Ｄｅｌｍａｓ分类，层状金属氧化物可分为两大类：０和Ｐ型，［１９］其中Ｎａ＋??离子倾向于分别位于八面体和三棱柱位置。过渡金属层由过渡金属元素占据Ｍ－??Ｏ八面体共棱连接组成
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池正负极材料研究新进展[J]. 潘都,戚兴国,刘丽露,蒋礼威,陆雅翔,白莹,胡勇胜,陈立泉. 硅酸盐学报. 2018(04)
[2]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)
[3]磷酸铁锂电池容量衰退轨迹分析方法[J]. 时玮,姜久春,张言茹,杨玉青,段瑶娟,刁伟萍. 电网技术. 2015(04)
[4]钠离子电池:储能电池的一种新选择[J]. 李慧,吴川,吴锋,白莹. 化学学报. 2014(01)
[5]LiMn0.8Fe0.2PO4/C纳米复合材料的制备与电化学性能研究[J]. 苏婧,吴兴隆,郭玉国. 无机材料学报. 2013(11)
本文编号：3075904
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ａ）不同电池系统的能量储存潜力（ＥＳＰ，单位ＴＷｈ）
实用的优势。其工作温度范围在－４０?°Ｃ？８０?°Ｃ之间，且电池的正常工作不需要辅??热设备支持。钠离子电池与ＬＩＢ相似，被称为“摇椅式”电池，通过离子在正负??极材料之间可逆脱嵌以实现能量的存储与释放。［１２］下图１－２为钠离子电池的工作??原理图。电池进行充电时，从正极材料中脱出钠离子，通过钠盐溶于有机溶剂的??电解液嵌入负极材料，而外电路种电子的传输方向为从正极流入负极，如此以实??现电荷平衡；电池放电则经历相反的过程。正常的钠离子电池充放电下，此过程??不会破坏钠离子电池正负极的材料结构，因此钠离子电池脱嵌反应为理想化的可??逆反应。［１３］??Ｃｈａｒｇｅ??４?＾??？?—°?：?—?〇??ａ?°?．．??Ａｉ?Ｃａｔｈｏｄｅ?ＳＥ丨?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ＳＥ丨?Ａｎｏｄｅ?Ａｉ?＋???ｒｉｐ???Ｌｆｆｌ?：＊＝ｔ＝??Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??图１－２钠离子电池的工作原理图［１４］??１．３?钠离子电池正极材料??电极材料决定电池系统的性能，碱离子电池性能的发挥主要限制于正极材料；??因此，钠离子电池真正能够推向市场、实现产业化的关键主要是寻找恰当的钠离??子电池正极电极材料。通常认为，钠离子电池正极材料应当考虑到能量密度、比??容量、钠离子电池池循环寿命、倍率性能以及安全性等综合因素
??改善新型正极材料。图１－７为业界普遍关注较多的钠离子电池正负极材料比容量和??电压对照表。［１７１??５ｉ????Ｎａ３ＮｉＺｒ（Ｐ〇４）３??＾?〇－ＮａＦｅ０２??■?＼?＼?．ＮａＵ０．２Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２??＼＼?＼?Ｎａ３Ｖ２（Ｐ〇４）３??４?＿?感?＼?＼?ｆ?矗，Ｐ２＂Ｎａ２／３Ｎｉ１／３Ｍｎ２００２??互??＾?＾?＂ｆ?｜?Ｐ｜＾ＮａＭｎ〇２??１?．二?ＪＪｆ??Ｕｉ?＾?￣?Ｎａ１－ｘＮｉ０．５Ｍ？０．５〇２?＿?＿??２?ＮａＴｉ２（Ｐ〇４）３?／ｐｅＳ??＊５??Ｕ４ＴＩ５０１２?Ｓｎ／Ｃ?／?ＳｎＳｂ，，ｃ?ｐ／ｃ??１?－?Ｎ＾ｒ．３０７?Ｋ?／?严?Ｓｂ２〇４?＼??Ｃ—Ｊ?Ｉ?＂?＼??ｍａｔｅｒｉａ?丨?氣謙?Ｉ?Ｉ?１??０?１００?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?１８００?２０００??Ｃａｐａｃｉｔｙ?（ｍＡｈ／ｇ）??图１－３钠离子电池正负极材料的容量和电压对照图〖１７】??１．３．１层状金属氧化物??由于接近２５０?ｍＡｈ／ｇ的高理论容量，层状过渡金属氧化物引起了科研界极??大兴趣。具有丰富的活性元素中心、不错的电化学性能以及可调整成分组成，层??状金属氧化物作为钠离子电池一类有前途的正极材料而出现。［１８］这大类材料主??要以ＮａｘＭ０２为主（Ｍｅ为过渡金属的一种或几种），其晶胞结构如图１－３所示。??通常，根据Ｄｅｌｍａｓ分类，层状金属氧化物可分为两大类：０和Ｐ型，［１９］其中Ｎａ＋??离子倾向于分别位于八面体和三棱柱位置。过渡金属层由过渡金属元素占据Ｍ－??Ｏ八面体共棱连接组成
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池正负极材料研究新进展[J]. 潘都,戚兴国,刘丽露,蒋礼威,陆雅翔,白莹,胡勇胜,陈立泉. 硅酸盐学报. 2018(04)
[2]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)
[3]磷酸铁锂电池容量衰退轨迹分析方法[J]. 时玮,姜久春,张言茹,杨玉青,段瑶娟,刁伟萍. 电网技术. 2015(04)
[4]钠离子电池:储能电池的一种新选择[J]. 李慧,吴川,吴锋,白莹. 化学学报. 2014(01)
[5]LiMn0.8Fe0.2PO4/C纳米复合材料的制备与电化学性能研究[J]. 苏婧,吴兴隆,郭玉国. 无机材料学报. 2013(11)
本文编号：3075904
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