【摘 要】
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随着锂离子电池的大规模应用,锂、钴资源面临着短缺的问题,在电化学储能体系使用资源丰富的元素显得十分必要。本论文首先研究了高比容量、资源丰富的Mn2O3负极材料,针对该材
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随着锂离子电池的大规模应用,锂、钴资源面临着短缺的问题,在电化学储能体系使用资源丰富的元素显得十分必要。本论文首先研究了高比容量、资源丰富的Mn2O3负极材料,针对该材料导电性差和在充放电过程中体积变化大等缺点,通过构建纳微结构来改善其电化学性能。然后,我们还研究了资源丰富的钠离子电池正极材料Na3V2(P04)3,针对该材料导电性差的问题,通过碳包覆、碳材料复合和离子掺杂的方式来提高材料的电化学性能。本论文主要研究结果如下:以KMnO4为锰源,L-色氨酸为模板剂,通过简单的水热法制备出了纺锤体形MnCO3前驱物,再在600℃高温下煅烧得到形貌保持的Mn203材料。该材料由粒径20～100 nm左右的Mn2O3小颗粒紧密堆积而成,表面存在一些孔隙。纺锤体形Mn203材料表现出良好的储锂性能,在电流密度为400 mA g-1充放电条件下,循环180周后,可逆比容量为993.1 mAh g-1;当电流密度为800 mA g-1,循环390周后可逆比容量为823.8mAhg-1。但该材料的储钠性能一般,当电流密度为50 mAg-1,纺锤体Mn2O3首次充放电容量分别为92.5和166.6 mAh g-1。在经过100圈充放电后,可逆比容量仅为32.3 mAh g-1。以硬脂酸为碳源,采用固相法合成Na3V2(P04)3@C(NVP/C)材料。进一步地,在NVP/C合成中加入碳纳米管,得到了 Na3V2(P04)3@C@CNT(NVP/CNT)材料。研究表明制备出的NVP/C材料颗粒较大,团聚较为严重;而NVP/CNT材料的颗粒更均一,粒径在1～4μm之间。因此NVP/CNT材料的电性能较好,在1C倍率下循环300周后,可逆比容量为100 mAh g-1。进一步研究Co2+掺杂对Na3V2(PO4)3材料电性能的影响。采用固相法制备了不同掺杂比例的Na3V2-xCox(PO4)3(x = 0、0.025、0.05、0.1、0.2)材料。XRD 精修结果表明,Co2+掺入对材料的晶胞参数影响不大。当x=0.1时,材料表现出最佳的倍率性能和循环性能,在1C时,稳定循环280圈后依旧有可逆比容量97mAhg-1,10C时,可逆比容量为65 mAh g-1。
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