钠离子电池电极材料的制备和性能的研究

摘要

钠离子电池原料资源丰富易得，成本低廉;能利用分解电势更低的电解液，电解质的选择范围更宽;有相对稳定的电化学性能，使用更加安全。因此，钠离子电池具有很好的应用前景。本论文研究制备了两种钠离子电池正极材料P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2和O3-NaNi0.5Mn0.5O2，通过X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了分析，并且对材料进行了室温和高温(55℃)条件下的充放电性能测试。
　　(1)以Na2CO3、NiO和MnO2为原料，采用简易的固相反应法，在850℃下焙烧12h，制备得到材料Na2/3Ni1/3Mn2/3O2。材料中含有微量NiO杂相，样品颗粒展现出了多边形片状结构。该材料在0.1C倍率测试时，首次放电比容量为88.4mAh/g，20次循环后的容量保持率为98％;当倍率增至1C时，首次放电比容量为79.5 mAh/g，20次循环后的容量保持率为98.4％。
　　(2)对材料Na2/3Ni1/3Mn2/3O2中各成分进行调整，改变Na、Ni和Mn元素的含量，采用相同的固相反应法制备了Na0.8Ni0.4Mn0.6O2材料。该材料物相中无杂相，颗粒形貌好。材料Na0.8Ni0.4Mn0.6O2在0.1C和1C倍率充放电下时的放电比容量分别为92 mAh/g和85.3 mAh/g，20次循环后的容量保持率分别为97.4％和97.5％。与材料Na0.67Ni0.33Mn0.67O2相比，材料Na0.8Ni0.4Mn0.6O2电化学性能有所提升。此外，在高温(55℃)条件下，该材料仍然保持较好的电化学性能。
　　(3)分别采用固相反应法和醋酸盐分解法制备了NaNi0.5Mn0.5O2材料。醋酸盐分解法制备的材料NaNi0.5Mn0.5O2，在成分纯度、颗粒形貌和电化学性能方面都优于固相反应法。该材料在0.5C倍率下的放电比容量116.7 mAh/g，第30次循环后的容量保持率为94.8％。在1C、2C和5C倍率下的放电比容量分别为110.1 mAh/g、95.3 mAh/g和73.8 mAh/g，当循环再次返回到0.1C时，放电比容量再次恢复到124 mAh/g。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 钠离子电池的工作原理

1．3 钠离子电池体系的关键技术

1．3．1 钠离子电池正极材料

1．3．2 钠离子电池负极材料

1．4 论文研究目的与主要内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第2章 材料P2-Na2／3Ni1／3Mn2／3O2的制备和电化学性能

2．1 试验研究方法

2．1．1 试验原料

2．1．2 试验设备

2．1．3 材料的制备

2．1．4 材料的结构和形貌分析

2．1．5 材料的电化学性能分析

2．2 试验结果与分析

2．2．1 材料Na2／3Ni1／3Mn2／3O2制备条件的优化

2．2．2 材料Na2／3Ni1／3Mn2／3O2的结构与形貌分析

2．2．3 材料Na2／3Ni1／3Mn2／3O2的差分计时电位

2．2．4 材料Na2／3Ni1／3Mn2／3O2在不同测试电压条件下的电化学性能

2．2．5 材料Na2／3Ni1／3Mn2／3O2在高温下的电化学性能

2．3 本章小结

第3章 材料P2-Na2／3Ni1／3Mn2／3O2的衍生物的电化学性能研究

3．1 试验研究方法

3．1．1 试验原料

3．1．2 试验设备

3．1．3 材料的制备

3．1．4 材料的结构和形貌分析

3．1．5 材料的电化学性能分析

3．2 试验结果与分析

3．2．1 材料Na0．54Ni0．33Mn0．7O2结构形貌和电化学性能的分析

3．2．2 材料Na0．8Ni0．26Mn0．67O2结构形貌和电化学性能的分析

3．2．3 材料Na0．8Ni0．4Mn0．6O2结构形貌和电化学性能的分析

3．2．4 几种衍生物性能的比较

3．2．5 材料Na0．8Ni0．4Mn0．6O2性能的进一步探究

3．3 本章小结

第4章 材料O3-NaNi0．5Mn0．5O2的制备和电化学性能

4．1 试验研究方法

4．1．1 试验原料

4．1．2 试验设备

4．1．3 材料的制备

4．1．4 材料的结构和形貌分析

4．1．5 材料的电化学性能分析

4．2 试验结果与分析

4．2．1 固相反应法制备材料NaNi0．5Mn0．5O2

4．2．2 醋酸盐分解法制备材料NaNi0．5Mn0．5O2

4．2．3 固相反应法和醋酸盐分解法制备材料NaNi0．5Mn0．5O2的对比

4．2．4 醋酸盐分解法制备材料NaNi0．5Mn0．5O2的高温性能

4．3 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢