【摘 要】
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由于锂价格的不断增高和锂资源的日益短缺,限制了锂离子电池在大规模储能领域中的应用和发展。钠与锂有着相似的物理化学性质且储量丰富、价格低廉,因而低成本的钠离子电池在未来的大规模储能系统中表现出巨大的潜力。钠离子电池的电化学性能在很大程度上依赖于电极材料的性能,其中正极材料会直接影响到钠离子电池的容量、寿命、循环稳定性以及大电流快速充放电能力,因此,研究钠离子电池正极材料具有重要的理论和实际意义。本文
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由于锂价格的不断增高和锂资源的日益短缺,限制了锂离子电池在大规模储能领域中的应用和发展。钠与锂有着相似的物理化学性质且储量丰富、价格低廉,因而低成本的钠离子电池在未来的大规模储能系统中表现出巨大的潜力。钠离子电池的电化学性能在很大程度上依赖于电极材料的性能,其中正极材料会直接影响到钠离子电池的容量、寿命、循环稳定性以及大电流快速充放电能力,因此,研究钠离子电池正极材料具有重要的理论和实际意义。本文以低成本、环境友好的高容量钠离子03型NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2为研究对象,通过溶胶凝胶法制备了高容量的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料,在此基础上对正极材料进行Ti掺杂改性。结合SEM、XRD和电化学等测试技术,研究了正极材料的电化学性能和充放电过程相转变机理。（1）分别采用固相法、NaOH-硫酸盐共沉淀法、Na2CO3-乙酸盐共沉淀法及柠檬酸溶胶凝胶法制备了 NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料,并对其电化学性能进行了比较,结果表明,溶胶凝胶法制备的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料具有较好的电化学性能,该材料在1C倍率下的首次放比电容量为120.7 mAh.g-1,200次循环后的容量保持率为69%,充放电过程中的库伦效率基本接近于100%。（2）研究了不同电压下NaNi0.4Mn0.4Feo.2O2材料的电化学性能,结果表明,在1.5-2 V的过度放电和4-4.3 V的过度充电不利于NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料的循环性能,确定了合理的充放电电压范围2-4V。（3）研究了焙烧温度、待蒸发液pH和柠檬酸用量对NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料电化学性能影响,结果表明,柠檬酸与总金属阳离子的物质量比1.5:1、待蒸发液pH值2.63、焙烧温度900℃条件下制备的NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2材料具有较高的充放电比容量,0.1C倍率下放电比容量为161.5 mAh·g-1,5C高倍率下放电比容量为100.2 mAh·g-1。（4）研究了Ti取代Mn的NaNi0.4Mn0.4-xFe0.2TixO2材料,结果表明,适量的Ti掺杂改善了正极材料的循环性能;但当Ti掺杂量过高时,材料的容量急剧下滑和循环性能变差。（5）对Ti取代全部过渡金属元素的Na[Ni0.4Mn0.4Fe0.2]1-xTixO2材料进行了研究,结果表明,在材料中Ni/Mn/Fe比例不变时,随着Ti掺杂量的增加,改善了材料的循环性能,当x=0.05时,正极材料0.5C倍率下200次循环容量保持率由63.2%提升至80.3%,1C倍率下200次循环容量保持率由69.9%提升至84.1%。（6）对NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2 材料和 Na[Ni0.4Mn0.4.Fe0.2]0.95Ti0.05O2 材料进行了非原位XRD测试,结果表明,两种材料在充放电过程中都发生O3（?）P3相转变。
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