高性能聚阴离子型钒基钠电正极材料的设计制备与性能研究

发布时间：2021-05-15 10:45

　　钠离子电池由于其电化学储能机理与锂离子电池类似,并且地壳中钠资源储量丰富,成本较低,因此被认为是未来大规模储能系统的最佳候选者之一。但是,钠离子电池仍面临着许多挑战,例如能量密度和功率密度较低、循环寿命较短以及低温性能较差等,严重阻碍了钠离子电池的实际应用。因此,开发高性能的钠离子电池电极材料至关重要。在所有钠离子电池正极材料中,钠超离子导体（NASICON）结构的聚阴离子型磷酸盐材料,由于其晶体结构是由PO₄四面体和MO₆八面体（M为不同价态的过渡金属）连接而形成的3D框架,而使得钠离子扩散较快,并且该结构稳定、安全性高,所以引起了研究者的广泛关注。其中,Na₃V₂（PO₄）₃（NVP）作为典型的NASICON正极材料,由于其晶体结构具有3D扩散通道有利于Na⁺的快速迁移,而得到广泛的研究。虽然NVP作为钠离子电池正极材料具有许多优点,但是它的电子电导率较差,阻碍了电化学性能的发挥,并且它的工作电压较低（3.3-3.4 V）,其能量... 

【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 钠离子电池简介
    1.3 钠离子电池正极材料研究进展
        1.3.1 层状结构氧化物
        1.3.2 隧道结构氧化物
        1.3.3 聚阴离子型化合物
        1.3.4 其他种类的正极材料
    1.4 本论文的选题背景和研究内容
第二章 实验仪器及材料表征方法
    2.1 实验药品
    2.2 实验仪器
    2.3 材料表征
    2.4 电池组装与测试
        2.4.1 电池的组装
        2.4.2 循环伏安测试
        2.4.3 恒流充放电测试
        2.4.4 交流阻抗测试
        2.4.5 恒电流间歇滴定法
第三章 双碳复合的磷酸钒钠正极材料的设计制备和电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 GO和rGO的制备
        3.2.2 NVP纳米复合物的制备
        3.2.3 材料表征
        3.2.4 电化学表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 NVP前驱体的热稳定性分析
        3.3.2 NVP纳米复合物的结构与形貌分析
        3.3.3 NVP纳米复合物的电化学性能研究
        3.3.4 NVP纳米复合物的动力学性能研究
    3.4 本章小结
第四章 Na_3V_2(PO_4)_3 阴离子位调控-Na_3V_2(PO_4)_2O_2F的制备与性能研究
    4.1 引言
    4.2 Na_3V_2(PO_4)_2O_2F的制备及结构与形貌分析
        4.2.1 NVPOF-NTP的制备
        4.2.2 NVPOF-NTP的结构表征
        4.2.3 NVPOF-NTP的形貌表征
    4.3 Na_3V_2(PO_4)_2O_2F正极材料的性能研究
        4.3.1 实验部分
        4.3.2 NVPOF-NTP材料在Na~+脱嵌过程中的结构演变
        4.3.3 NVPOF-NTP材料的动力学性能研究
        4.3.4 NVPF-NTP材料的电化学性能研究
        4.3.5 NVPF-NTP材料的全电池性能研究
        4.3.6 NVPF-NTP的性能与文献对比
    4.4 新型Li~+/Na~+混合全电池的性能研究
        4.4.1 MCMB//NVPOF混合离子电池的装配
        4.4.2 负极材料的结构与形貌表征
        4.4.3 正负极材料的半电池性能研究
        4.4.4 MCMB//NVPOF全电池性能研究
        4.4.5 NVPOF材料在锂离子电解液中Na~+/Li~+的脱嵌过程
    4.5 准固态钠离子全电池的性能研究
        4.5.1 凝胶态电解质的制备及结构与形貌表征
        4.5.2 负极材料的制备及结构与形貌表征
        4.5.3 正负极材料在凝胶态电解质中的半电池性能研究
        4.5.4 CC//NVPOF准固态钠离子全电池的性能研究
    4.6 本章小结
第五章 Na_3V_2(PO_4)_3 过渡金属离子位调控-Na_4Mn V(PO_4)_3 的制备与性能研究
    5.1 引言
    5.2 Na_4MnV(PO_4)_3/C的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 Na_4MnV(PO_4)_3/C的结构与形貌表征
        5.3.2 Na_4MnV(PO_4)_3/C的电化学性能研究
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间公开发表论文及著作情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池锰酸钠系正极材料的研究进展[J]. 马小玲,谭宏斌.  电源技术. 2019(03)
[2]溶胶-凝胶法制备Mn掺杂Na3V2（PO4）2F3正极材料及其电化学性能研究[J]. 胡勇,廖桂祥,张晓萍,刘洁群,伍凌,钟胜奎.  功能材料. 2018(07)
[3]磷铁钠矿型NaFePO4/C正极的制备及储钠性能[J]. 李栋栋,侯宏英,姚远,廖启书,代志鹏,余成义.  硅酸盐通报. 2018(07)
[4]Na3V2（PO4）3/C复合材料的制备及电化学性能研究[J]. 阮艳莉,郑斌,王坤,刘萍.  功能材料. 2016(11)
[5]钠离子电池工作原理及关键电极材料研究进展[J]. 郭晋芝,万放,吴兴隆,张景萍.  分子科学学报. 2016(04)
[6]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)



本文编号：3187497