聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备与性能研究

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1、学校代码：10259学号：156081102密级：上海应用技术大学硕士学位论文题目：聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备与性能研究英文题目：SynthesisandPropertiesResearchofPolyanionTypeCathodeMaterialsforSodium-ionBatteries专业：材料化学工程学院：材料科学与工程学院研究方向：新能源材料姓名：丰平指导教师：章冬云年月日聚阴离子型钠离子电池正极材料的制备与性能研究摘要钠离子电池作为后锂时代代表性的成员，在大规模储能系统中极具吸引力和应用前

2、景。钠离子电池材料由于其资源丰富、成本效益高且使用寿命长的优点使得人们对钠离子电池（SIBs）的研究成为热点。聚阴离子型钠基材料是SIBs中最具应用前景的电极材料之一，它们具有较好的结构稳定性，安全性和较高的工作电压。然而，这种材料相对较低的导电率和比容量限制了它们的应用。本文通过对比固相法、前驱体两步法和水热法三种合成方法。发现水法法可合成具有钠离子迁移通道的橄榄石(Olivine)型的磷酸锰钠(NaMnPO4)，并对其原料配比、水热温度及碳包覆温度进行了优化。在Na:P:Mn为3:1:1，水热和煅烧温度分别为

3、180℃和-1500℃条件下，直接合成的NaMnPO4在0.1C时放电比容量为59.6mAh·g，Na离子扩-14-1散系数为1.31×10cm·s。采用溶胶凝胶法合成Na3-2xMgxV2(PO4)3/C（x=0、0.05、0.1、0.2）正极材料。通过SEM观察其粒径在200~600nm之间，XPS分析结果表明Mg和V分别为+2和+3价。2++电化学分析结果表明当x=0.05时获得的样品电化学性能最佳，可能是因为Mg取代Na形成等量的Na空位引起Na离子扩散系数增加，但Mg取代量过多又可能导致晶格畸变加剧。N

4、a2.9Mg0.05V2(PO4)3/C在10C、20C和30C下的放电比容量为1C时的98.9%和91.5%和76.2%，在10C下循环1200圈容量保持率为80.3%，具有良好的应用前景。采用球磨喷雾干燥辅助高温固相法来合成铜取代的Na3V2-xCux(PO4)3/C(x=0、0.01、0.03、0.05、0.07)，并利用XRD、SEM、XPS、EPR和电化学手段对样品进行了研究。-1结果表明，当x=0.05时获得的Na3V1.95Cu0.05(PO4)3/C样品在50C(5.88A·g)电流密度下-1放电

5、比容量为90.6mAh·g-1，20C(2.35A·g)下循环2000周容量保持率为88.2%，具有较-2-1好的倍率和循环性能。Cu取代有效提升了材料的电子电导率(7.2×10S·cm)和钠离子扩-122-12+3+散系数(1.695×10cm·s)，这是由于Cu取代V产生了氧空位并有伴生电子产生作用2+的结果。此外，不活泼的Cu可作为支柱稳定材料结构，减少充放电过程中结构的体积变化。关键词：钠离子电池；磷酸锰钠；磷酸钒钠；Cu取代；Mg取代；SynthesisandPropertiesResearchofPo

6、lyanion-typeCathodeMaterialsforSodium-ionBatteriesAbstractSodium-ionbatteries,representativemembersofthepost-lithium-batteryclub,areveryattractiveandpromisingforlarge-scaleenergystroageapplication.Theincreasingattentioninsodium-ionbatteries(SIBs)arebeingdrive

7、nbythedemandoftheNa-basedelectrodematerialswhichareresource-abundant,cost-effective,andlonglasting.PolyaniontypecompoundsareamongthemostpromisingelectrodematerialsforSIBsduetotheirstability,safety,andsuitableoperatingvoltages.However,thetypicallowconductivity

8、andrelativelylowcapacityperformanceofsuchmaterialsstillrestricttheirdevelopment.Thistheisadoptedthreemethods,andcomparedthesolidphasemethod,theprecursor-basedtwo-stepmethodandthehydrother