论文部分内容阅读
本文采用醋酸盐燃烧法合成钠离子电池正极材料P2-Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2。首先考察不同隔膜对材料电化学性能的影响。其次考察煅烧温度、煅烧时间、预烧温度等对合成材料的影响。随后对P2-Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2进行了金属元素掺杂的改性研究。通过考察不同隔膜对放电容量的影响,发现使用玻璃纤维隔膜能发挥出电池最大的容量。研究发现最优的煅烧工艺为:采用醋酸盐燃烧法在450℃下预烧5 h,900℃下煅烧15 h。在2.0-4.0 V下,P2-Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2具有优良的电化学性能。材料在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1.0 C下的放电比容量分别为84.1 mAh/g、84.7 mAh/g、78.4 mAh/g和72.6 mAh/g,循环10次的容量保持率分别为103.2%、98.9%、98.5%和98.6%。为进一步提高材料的放电容量,在1.5-4.5 V下,0.1 C下的首次放电比容量为168.5 mAh/g,循环10次后的容量保持率仅为82.6%;1.0 C下的放电比容量仅为79.5 mAh/g。放电容量的大幅度降低是因为在高压下P2-O2相变引起的。因此,通过对Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2材料进行改性研究,改善其在高压下的电化学性能。对P2-Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2分别进行了Fe、Cu、Zr三种过渡金属元素的掺杂改性,考察了不同掺杂元素和搀杂量对材料性能的影响。研究发现,2%掺Fe、6%掺Cu、6%掺Zr的样品具有最好的电化学性能。在2.0-4.0 V循环,材料在0.1 C下的首次放电比容量分别为83.7 mAh/g、80.2 mAh/g和79.3 mAh/g,10次循环之后的容量保持率为104.8%、100.4%和109.0%;1.0 C下的放电比容量分别为77.4 mAh/g、69.1 mAh/g和70.4 mAh/g,循环10次后容量保持率维持在99.6%、99.3%和99.6%。对最优样品进行1.5-4.5 V充放电测试,2%掺Fe、6%掺Cu和6%掺Zr的样品在0.1 C下的首次放电容量分别为156.3 mAh/g、211.6 mAh/g和196.5 mAh/g,循环10次后的容量保持率分别为90.6%、93.9%和89.6%。即使在1.0 C下的放电容量仍有99.6mAh/g、115.2 mAh/g和101.3 mAh/g,循环10次后的容量保持率分别为94.3%、93.5%和98.2%。数据表明,材料在高压下的电化学性能都有所改善。为实现工业化应用,探索更多的工艺合成P2-Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2。研究发现,用氢氧化物共沉淀法结合固相反应所制备的材料具有较好的层状结构、颗粒粒径均一,电化学性能最好。该材料在0.1 C,2.0-4.0 V下的首次放电比容量为87.9 mAh/g。1.0 C下,50次循环后的放电比容量为78.1 mAh/g,容量保持率为108.0%。