多金属共掺杂制备Na 0.67 Mn 0.67 Ni 0.33-x Co x O 2 钠离子电池正极材料及电化学性能优化
发布时间：2022-02-08 11:37
利用简单的水热结合煅烧法制备Na0.91MnO2,并以此为前驱体材料,在相同条件下进行Ni掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒有效地提高了比容量。进一步地,又对Na0.67Mn0.67Ni0.33O2进行Co掺杂制得Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2,发现得到的电极材料具有更高的循环稳定性。通过微观结构及成分分析所合成的样品成分均一、形貌均匀,粒径大约300nm。其中Ni、Co共掺杂的Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2在电流密度0.1C时,首次充、放电比容量均为160mA·h·g-1
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
烧结后制备Na0.91Mn O2,Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒的扫描电镜图
图1为经过750℃煅烧后制备的Na0.67Mn0.67-Ni0.33-xCoxO2纳米颗粒的扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)图。由图1可知，所合成样品形貌均匀纳米球体，粒径大约300 nm。由于经过煅烧后颗粒略有团聚现象出现。图1c为合成纳米颗粒的能谱(Energy disperse spectroscopy,EDS)图，可以看出各纳米颗粒出现Na、Mn、Ni、Co、O五种元素并且各个元素分布比较均匀，说明通过简单的水热合成及煅烧的方法可以成功制备出Co、Ni共掺杂的锰酸钠离子电池正极材料。图2为经过750℃煅烧后制备的Na0.67Mn0.67-Ni0.33-xCoxO2的透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)图。由图可知所合成的样品与SEM图保持一致，均为纳米颗粒形貌，边角比较圆润，且粒径大小保持在300 nm左右。图2c的高分辨透射电镜(High-resolution transmission electron microscopy,HRTEM)图谱，可以发现晶格条纹清晰整齐具备典型的晶体结构特征，同时晶面间距是0.57 nm对应于Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的标准卡片(JCPDF:54-0894)的(002)晶面[30]，这说明Co的掺杂对于合成样品的晶体结构影响不大。通过TEM图分析进一步证明了制备出的样品为Co、Ni共掺杂的锰酸钠纳米颗粒。
图3 烧结后制备Na0.91Mn O2,Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒的扫描电镜图图4为合成不同样品的X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)图。其中，由图4a可知，Na0.91MnO2衍射峰与标准卡片(JCPDF:43-1456)一致，在24.92°、36.96°、40.48°、48.70°、50.08°和65.05°处的峰分别对应(110)、(101)、(111)、(031)和(040)晶面[31]；产物Na0.67Mn0.67Ni0.33O2属六方晶系，衍射峰与标准卡片(JCPDF:54-0894)对应，其中在15.79°、31.95°、35.90°、36.81°、39.45°、43.56°和64.56°处的峰分别对应(002)、(004)、(100)、(101)、(012)、(103)和(110)晶面[31-33]。由此可知，本试验成功合成出了Na0.91MnO2和Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的纳米颗粒。另外，通过与标准PDF卡片对比发现，两个产物都生成了少量杂质，前者生成了部分MnO2(用*标记)，后者生成了Mn2O3(用◇标记)以及一部分Na0.91MnO2(24.90°左右的衍射峰)。由图4b可知，经过钴掺杂样品的XRD衍射峰与产物Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的特征峰基本相同的，同时在37.68°和45.40°位置增加了两个衍射峰，而这两个衍射峰属于Na2CoO2的衍射峰，这说明在成功进行钴掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2的同时出现了少量的杂质峰。
【参考文献】：
期刊论文
[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]钠锰比对NaxMnO2的性能和钠离子脱嵌过程的影响[J]. 谢永纯,王成,蒋芳,杨洋,苏静,龙云飞,文衍宣. 电化学. 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]新型锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展[J]. 赵新兵,谢健. 机械工程学报. 2007(01)
本文编号：3614997
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
烧结后制备Na0.91Mn O2,Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒的扫描电镜图
图1为经过750℃煅烧后制备的Na0.67Mn0.67-Ni0.33-xCoxO2纳米颗粒的扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)图。由图1可知，所合成样品形貌均匀纳米球体，粒径大约300 nm。由于经过煅烧后颗粒略有团聚现象出现。图1c为合成纳米颗粒的能谱(Energy disperse spectroscopy,EDS)图，可以看出各纳米颗粒出现Na、Mn、Ni、Co、O五种元素并且各个元素分布比较均匀，说明通过简单的水热合成及煅烧的方法可以成功制备出Co、Ni共掺杂的锰酸钠离子电池正极材料。图2为经过750℃煅烧后制备的Na0.67Mn0.67-Ni0.33-xCoxO2的透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)图。由图可知所合成的样品与SEM图保持一致，均为纳米颗粒形貌，边角比较圆润，且粒径大小保持在300 nm左右。图2c的高分辨透射电镜(High-resolution transmission electron microscopy,HRTEM)图谱，可以发现晶格条纹清晰整齐具备典型的晶体结构特征，同时晶面间距是0.57 nm对应于Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的标准卡片(JCPDF:54-0894)的(002)晶面[30]，这说明Co的掺杂对于合成样品的晶体结构影响不大。通过TEM图分析进一步证明了制备出的样品为Co、Ni共掺杂的锰酸钠纳米颗粒。
图3 烧结后制备Na0.91Mn O2,Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒的扫描电镜图图4为合成不同样品的X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)图。其中，由图4a可知，Na0.91MnO2衍射峰与标准卡片(JCPDF:43-1456)一致，在24.92°、36.96°、40.48°、48.70°、50.08°和65.05°处的峰分别对应(110)、(101)、(111)、(031)和(040)晶面[31]；产物Na0.67Mn0.67Ni0.33O2属六方晶系，衍射峰与标准卡片(JCPDF:54-0894)对应，其中在15.79°、31.95°、35.90°、36.81°、39.45°、43.56°和64.56°处的峰分别对应(002)、(004)、(100)、(101)、(012)、(103)和(110)晶面[31-33]。由此可知，本试验成功合成出了Na0.91MnO2和Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的纳米颗粒。另外，通过与标准PDF卡片对比发现，两个产物都生成了少量杂质，前者生成了部分MnO2(用*标记)，后者生成了Mn2O3(用◇标记)以及一部分Na0.91MnO2(24.90°左右的衍射峰)。由图4b可知，经过钴掺杂样品的XRD衍射峰与产物Na0.67Mn0.67Ni0.33O2的特征峰基本相同的，同时在37.68°和45.40°位置增加了两个衍射峰，而这两个衍射峰属于Na2CoO2的衍射峰，这说明在成功进行钴掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2的同时出现了少量的杂质峰。
【参考文献】：
期刊论文
[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]钠锰比对NaxMnO2的性能和钠离子脱嵌过程的影响[J]. 谢永纯,王成,蒋芳,杨洋,苏静,龙云飞,文衍宣. 电化学. 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]新型锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展[J]. 赵新兵,谢健. 机械工程学报. 2007(01)
本文编号：3614997
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