高性能锑系氧化物作为储能材料的研究

摘要

能源是现代社会发展的基石，随着当今科技的高速发展，人们对其需求量日益加剧，传统的化石能源已不再能满足人们的需求。基于此，寻找高效、安全、灵活的储能技术成为人类社会科学实现可持续发展的必要前提。锂离子电池作为电化学储能的一种，具有开路电压高、比容量大、自放电率低、寿命长的特点，因此受到人们的青睐而被广泛的应用于生产生活中，但是由于锂资源储量有限、成本较高限制了其发展，鉴于此钠离子电池作为其替代品开始被广泛的研究。过渡金属氧化物作为钠离子电池的正极材料，具有可控合成和电化学活性高的特点，是一类具有良好发展前景的材料。
　　基于材料Na3Ni2SbO6的研究进展，我们采取了一种新的方法来合成该种材料，即溶胶-凝胶法。此种方法成本低、操作简单，使得其大规模生产应用成为可能。我们对其进行了XRD测试、SEM测试以及一系列的电化学性能测试以确定其相结构以及形貌和电化学性能。将其和高温固相法制备出的样品进行对比发现溶胶-凝胶法制备出的样品颗粒具有更好的微观形貌和优良的电化学性能，从而说明此种合成方法是行之有效的。
　　一般而言，简单的过渡金属氧化物类材料的循环性能会相对较差，而多元金属氧化物由于其多组分协同作用往往拥有更好的电化学性能，因此为了改善材料的电化学性能我们对其进行了金属阳离子取代。我们选取了Mg2+、Zn2+、Cu2+以及Mn2+分别对材料Na3Ni2SbO6中的Ni2+进行取代，取代的量分别为x=0.1、0.25、0.5以及0.75，通过高温固相法合成出目标材料并对其进行一系列的电化学性能的测试。由此可以发现，适量的Mg2+和适量的Mn2+以及适量的Cu2+分别取代Ni2+对材料的储钠性能均没有明显的影响，但是却可以显著的提高其循环性能和倍率性能:而适量的Zn2+取代Ni2+虽然对材料的倍率性能没有什么贡献但是其储钠性能和循环性则明显得到了改善。因此离子掺杂是一种有效的途径去改善材料Na3Ni2SbO6的电化学性能，使其有望成为一种极具有发展前景的钠离子电池正极材料。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 钠离子电池概述

1．2．1 钠离子电池的组成和工作原理

1．2．2 钠离子电池的研究现状

1．3 钠离子电极材料及研究进展

1．3．1 钠离子电池负极材料

1．3．2 钠离子电池正极材料

1．4 钠离子电池正极材料Na3Ni2SbO6研究进展

1．4．1 Na3Ni2SbO6的结构

1．4．2 Na3Ni2SbO6的合成方法

1．5 本论文研究的内容和意义

第2章 实验部分

2．1 实验药品

2．2 实验仪器

2．3 材料的物性表征

2．4．1 电极的制备及电池的组装

2．4．2 恒流充放电测试

2．5 本章小结

第3章 蜂窝层状Na3Ni2SbO6正极材料的合成

3．3 正极材料Na3Ni2SbO6的物性表征

3．4 正极材料Na3Ni2SbO6的电化学性能

3．4．2 Na3Ni2SbO6材料的倍率性能

3．4．3 Na3Ni2SbO6材料的循环性能

3．5 本章小结

第4章 不同元素掺杂对Na3Ni2SbO6正极材料的影响

4．1 引言

4．2．3 Na3Ni2-xMgxSbO6的电化学性能表征

4．3 Zn2+取代Ni2+对Na3Ni2SbO6正极材料的影响

4．3．3 Na3Ni2-xZnxSbO6的电化学性能表征

4．4 Cu2+取代Ni2+对Na3Ni2SbO6正极材料的影响

4．4．2 Na3Ni2-xCuxSbO6的结构分析

4．4．3 Na3Ni2-xCuxSbO6的电化学性能表征

4．5 Mn2+取代Ni2+对Na3Ni2SbO6正极材料的影响

4．5．3 Na3Ni2-xMnxSbO6的电化学性能表征

4．6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢