鈉離子電池正極材料普魯士藍類鈉鹽的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，鈉離子電池由于其低廉的成本與優(yōu)異的電化學(xué)性能而受到人們的日益關(guān)注。鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的工作原理，同時，相比于鋰而言，鈉具有更高的儲量豐度和更低的開發(fā)成本。因此，研究鈉離子電池對未來大規(guī)模儲能電站的發(fā)展將具有極其深遠的影響。當(dāng)前，鈉離子電池的發(fā)展還處于起步階段，而電極材料是制約鈉離子電池發(fā)展的瓶頸，因此，開發(fā)適用于鈉離子電池的高性能電極材料迫在眉睫。含有氰根配位的普魯士藍類鈉鹽由于具有獨特的三維隧道結(jié)構(gòu)，可使Na+在其

2、晶格中進行可逆脫嵌，引起了各國研究者的極大興趣。本文主要圍繞該類新型鈉離子電池正極材料展開了系列研究工作，包括樣品制備、表征及電化學(xué)性能測試與分析。
　　本文第一章首先介紹了鈉離子電池的研究背景和鈉離子電池的工作原理;而后介紹了目前鈉離子電池電極材料的發(fā)展狀況，并著重論述了各類鈉離子電池正極材料的研究現(xiàn)狀，據(jù)此提出本文的選題依據(jù)。
　　第二章詳細介紹了本文中所用到的實驗方法、試劑藥品和儀器設(shè)備，此外，還重點介紹了常用的材料結(jié)

3、構(gòu)、形貌和成分等表征手段，以及扣式電池的組裝方法和電化學(xué)性能測試方法。
　　第三章，通過簡單易行的溶液共沉淀方法制備了普魯士藍類鈉鹽正極材料(FeHCF)，并在此基礎(chǔ)上對FeHCF進行Ni2+摻雜，使其取代晶格中部分與N相連的Fe3+，從而得到一系列不同F(xiàn)e、Ni比例的FeNiHCF正極材料，研究不同Ni2+含量對正極材料結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。研究表明，當(dāng)與N配位的Ni2+含量為20 at％時，F(xiàn)eNiHCF(20％)表現(xiàn)

4、出最優(yōu)的綜合電化學(xué)性能。Ni2+的摻雜充分激活了低自旋的Fe2+/Fe3+氧化還原對，大幅度提高了電極材料在高電位的容量。同F(xiàn)eHCF相比，F(xiàn)eNiHCF(20％)具有更好的結(jié)晶性和更少的含水量。這種特性使得FeNiHCF同時展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、良好的倍率性能和高的庫倫效率，在10mAg-1小電流密度下循環(huán)100次后容量仍能維持102 mAh g-1，容量保持率高達96％，在500 mA g-1大電流密度下容量仍有71 mAh g-

5、1。
　　第四章，利用單一源法原位制備了原位復(fù)合科琴黑的普魯士藍(PB@C)鈉離子電池正極材料。通過這一方法，可以使PB顆粒與高導(dǎo)電性的科琴黑鏈狀碳顆粒均勻復(fù)合在一起，碳提供了快速的電子傳輸通道，從而提高了PB@C復(fù)合電極的導(dǎo)電性。并且，與非原位復(fù)合科琴黑的PB/C相比，PB@C中的PB顆粒尺寸明顯減小，縮短了Na+在活性材料內(nèi)部的擴散路徑，同時較小的顆粒比表面積更大，提高了材料的電化學(xué)反應(yīng)活性?；谏鲜鰞?yōu)點，PB@C電極表現(xiàn)出優(yōu)

6、異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。在2 A g-1的超高電流密度下，最大放電比容量為100mAh g-1，經(jīng)過2000次循環(huán)后仍有90％的容量保持率。在不同電流密度下進行倍率性能測試，當(dāng)電流密度高達9.0 A g-1時，PB@C電極還能保持77.5mAh g-1的放電比容量。另外，將其與硬碳負極組裝了全電池，在100 mA g-1電流密度下放電比容量仍有為120 mAh g-1。
　　最后，在第五章中，系統(tǒng)總結(jié)了本論文的研究內(nèi)容，并提出了