鈷基鈉離子電池正極材料的合成及性能測試.pdf

1、過去幾十年中，鋰離子電池已經(jīng)成功地應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能站中。然而，出于對鋰儲(chǔ)量和價(jià)格的擔(dān)憂，新型儲(chǔ)能裝置得到了越來越多的關(guān)注。由于鈉儲(chǔ)量豐富并且價(jià)格便宜，使鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的鋰離子電池替代品。目前，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和合成了各種各樣的正極材料和負(fù)極材料。在眾多正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)材料具有較高的理論比容量。但是大部分材料在循環(huán)過程中，都存在容量衰減的問題，而且放電電壓較低。這些問題都使材料的能量密度大大降低。為了分析和解

2、決這些問題，本文通過固相反應(yīng)摻雜過渡金屬離子的方法，合成了三種高電壓鈷基層狀材料。然后測試了材料在不同電壓區(qū)間內(nèi)的循環(huán)性能，來討論電壓窗口和循環(huán)穩(wěn)定性的關(guān)系。本論文的主要內(nèi)容有:
　　1.利用固相反應(yīng)合成P2型層狀結(jié)構(gòu)Na0.61Co0.5Mn0.5O2正極材料。在電壓區(qū)間4.5-2V內(nèi)，電流密度為0.1C時(shí)材料的首圈放電比容量達(dá)到110.0mAh/g。循環(huán)40圈后，容量保持率為66％。在電壓區(qū)間為4.2-2V時(shí)，首圈放電比容量為

3、88.0mAh/g。經(jīng)過40圈的循環(huán)后，容量保持率為86％。
　　2.合成了長壽命的P2型層狀結(jié)構(gòu)Na0.6Ni0.2Co0.2Mn0.5Ti0.1O2正極材料。在電壓區(qū)間4.5-1.5V內(nèi)，利用非原位X射線衍射的方法，分析材料在不同電壓下的物相變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)材料在充電過程中，當(dāng)電壓達(dá)到4.1V時(shí)材料發(fā)生了部分相變。但在4.2V時(shí)P2型結(jié)構(gòu)仍然是材料的主要成分。所以我們將測試電壓窗口縮小到4.2-2V來改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性。循環(huán)性

4、能測試表明，該材料在4.2-2V的電壓窗口內(nèi)，電流密度為0.1C時(shí)，首圈放電比容量可以達(dá)到114.7mAh/g，材料的放電中壓為3.18V。在5C的電流密度下，經(jīng)過250圈循環(huán)后，材料的容量保持率為92％。
　　3.通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物中鈉含量的方法，成功地利用高溫固相反應(yīng)合成了P2和O3混相層狀結(jié)構(gòu)的Na0.68Co0.25Fe0.25Mn0.25Ni0.25O2層狀材料。X射線衍射表明材料同時(shí)具備P2和O3的層狀結(jié)構(gòu)。在4.2-2V