P2型层状氧化物的掺杂及其电化学性能研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wang____jiang
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本文通过简单的固相法合成P2型层状钴锰氧化物Na0.59Co0.2Mn0.8O2材料,并对其进行B、Mo、Y等元素掺杂,将其作为钠离子电池正极材料研究其结构和电化学性能的变化。使用X射线衍射仪(XRD)进行结构表征,使用X射线光电子能谱(XPS)进行元素价态分析,使用场发射电子显微镜-能量色散谱(FESEM-EDS)进行形貌及元素分布分析。XRD及其Rietveld精修结果表明,Na0.59Co0.2Mn0.8O2样品经过B、Mo和Y掺杂后依然保持P63/mmc的空间群,P2相结构没有改变。FESEM测试结果显示原始材料和掺杂样品都具有片状形貌特征。掺杂改性并没有显著改变层状钴锰氧化物的颗粒形态。EDS分析结果表明,Na、Co、Mn、B、O元素均匀分布在Na0.59Co0.2Mn0.75B0.05O2中,Na、Co、Mn、Mo、O元素均匀分布在Na0.59Co0.2Mn0.77Mo0.03O2中,Na、Co、Mn、Y、O元素均匀分布在Na0.59Co0.2Mn0.77Y0.03O2中。电化学性能研究表明,B、Mo和Y掺杂显著提高了Na0.59Co0.2Mn0.8O2的循环稳定性和倍率性能,这可能归因于a轴和钠离子扩散通道的增大、电荷转移电阻的下降和表观Na+离子扩散系数的增加。在0.1 C(1 C=156 mA·g-1)下,2.0–4.0 V的电压范围内,Na0.59Co0.2Mn0.75B0.05O2正极材料可提供最大放电容量为135.2 mAh·g-1,100次循环后样品的容量保持率可以维持在85.01%;Na0.59Co0.2Mn0.77Mo0.03O2正极材料最大放电容量可以达到131.9 mAh·g-1,在100次循环后具有优异的容量保持率(91.51%);Na0.59Co0.2Mn0.77Y0.03O2正极材料的最大放电容量可以达到119.8 mAh·g-1,经过100次循环后仍然具有高达92.90%的非常优异的容量保持率。他们的Rietveld精修结果显示,TM–O键的键长均减小、Na–O键的键长均增大。这有助于Na+离子在P2相层间的扩散,使得材料动力学性能增强。同时,通过对掺杂B、Mo和Y的材料进行循环伏安(CV)测试和电化学阻抗谱(EIS)测试发现,经过元素掺杂后,材料的Na+离子扩散系数有所增大。
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