鈉離子電池鐵基及錳基硅酸鹽正極材料研究.pdf

1、鈉離子電池具有資源豐富、成本低廉、環(huán)境友好等特點，被認為是替代鋰離子電池作為下一代儲能體系的理想選擇。聚陰離子型正極材料具有穩(wěn)定的聚陰離子框架結構而表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)性能和安全性能，是一類非常有吸引力的鈉離子電池正極材料體系。聚陰離子型正硅酸鹽化合物Na2MSiO4(M=Fe，Mn等)，憑借其高的理論比容量以及原材料儲量豐富等優(yōu)點有望成為新一代鈉離子電池正極材料。本文合成了Na2FeSiO4和Na2MnSiO4兩種新型鈉離子電池硅酸鹽型正

2、極材料，并采用XRD，F(xiàn)TIR，SEM，TEM，EDS和充放電測試等技術對它們的合成條件、結構、形貌及電化學性能進行了較為系統(tǒng)的研究。
　　采用溶膠凝膠法和固相法首次合成了Na2FeSiO4鈉離子電池正極材料。理論分析結合XRD測試結果表明兩種方法合成的Na2FeSiO4均為立方相結構，空間群為Fm-3m。固相法合成的Na2FeSiO4材料一次顆粒尺寸較大，達到微米級別，而溶膠凝膠法合成的Na2FeSiO4一次顆粒粒徑僅為幾十納米

3、，且表面被一層碳網(wǎng)絡均勻包覆。采用溶膠凝膠法制備的Na2FeSiO4在5mAh/g的小電流密度下的可逆比容量為106mAh/g，顯著高于采用固相法制備的Na2FeSiO4放電比容量（82mAh/g）。此外，采用溶膠凝膠法制備的Na2FeSiO4具有優(yōu)異的循環(huán)性能和高溫性能，在60℃、5mA/g電流密度下的放電比容量為114 mAh/g，循環(huán)20圈之后的容量保持率為91.2％。這種優(yōu)異的循環(huán)性能得益于穩(wěn)定的硅酸鹽結構框架、材料顆粒尺寸較小

4、縮短了鈉離子傳輸距離以及碳包覆提高了材料的電子電導。
　　采用固相法和溶膠凝膠法首次合成了純相Na2MnSiO4鈉離子電池正極材料。XRD測試結果表明，兩種方法合成的Na2MnSiO4材料均具有單斜結構，空間群為Pn。固相法合成的Na2MnSiO4材料顆粒尺寸較大，結晶性較好，但沒有碳包覆導致其電導率低，電化學性能不理想。溶膠凝膠法得到的原位碳包覆Na2MnSiO4材料具有較小的一次顆粒尺寸和較好的電化學性能，適當提高電池測試溫度