高性能钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3的合成及其电化学性能改性研究

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目前,锂离子电池已经被广泛应用在各种便携式电子产品中。然而,传统的锂资源比较匮乏而且分布也非常不均衡,所以人们将注意力集中在了价格低廉、分布较为广泛且具有和锂相似电化学性质的钠上。钠离子电池由于其较低的成本、更丰富的资源且可以被用来进行大规模储能,已经成为未来储能电池发展的一个重要新生力量。在众多的钠离子电池正极材料中,NASICON结构的Na3V2(PO43正极材料因具有结构稳定、电压平台高、热稳定性能好等优点而备受人们关注。本文通过溶胶凝胶法制备Na3V2(PO43正极材料,探索其最佳合成条件,对材料进行金属Ru离子掺杂与金属La离子掺杂,并探究不同掺杂量对Na3V2(PO43/C材料电化学性能的影响,对不同材料掺杂机理进行探索研究。采用溶胶凝胶法制备Na3V2(PO43/C正极材料,分别研究不同Na和柠檬酸的比例,不同煅烧温度以及不同焙烧时间对材料结构形貌与电化学性能的影响,确定最佳制备条件。XRD以及SEM结果表明,在Na和柠檬酸的比例为3:2,煅烧温度为800℃,焙烧时间为10h下制备的样品具有最优的形貌以及最好的晶型结构。电化学性能测试表明,上述综合条件下制备的样品首圈放电比容量,库伦效率以及循环性能都是最优值。在最优合成工艺条件下制备出Na3V2(PO43/C正极材料,以Ru Cl3为钌源,对Na3V2(PO43/C进行金属Ru掺杂,制备了Na3V2-xRux(PO43/C(x=0.1,0.15,0.2)。探究不同掺杂量对材料电化学性能的影响。结果表明,钌离子掺杂有利于提高材料的首圈放电比容量。随着Ru掺杂量的增加,样品的首圈放电比容量先升高后降低,但均比Na3V2(PO43/C的要高。Na3V1.85Ru0.15(PO43/C具有最好的循环性能和倍率性能,100圈循环后的放电比容量为92.28m Ah/g,容量保持率达到89.55%。采用溶胶凝胶法,以La(NO3)3为镧源,对Na3V2(PO43/C进行金属La掺杂,制备了Na3V2-xLax(PO43/C(x=0.1,0.15,0.2)。探究不同掺杂量对材料电化学性能的影响。结果表明,镧离子掺杂有利于提高材料的电化学性能。在x=0.15时,Na3V1.85La0.15(PO43/C样品具有最好的循环性能和倍率性能。CV和EIS结果表明,镧离子掺杂很大程度上抑制了材料阻抗的增加,使得极化减小,有利于改善材料的电化学性能。
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