【摘 要】
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由于锂资源逐渐短缺,开发新的可持续新能源是刻不容缓的,而钠元素由于其在地壳中含量丰富且价格便宜,所以近年来研究者们开始对钠离子电池研究投入了大量工作。本文采用了高温固相法合成钠离子电池正极材料Na0.44MnO2,利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)及其他电化学测试手段对材料的表面和电化学性能进行了研究。以NaOH为钠源,MnO2为锰源,采用高温固相法合成钠离子电池正极材料。首先研
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由于锂资源逐渐短缺,开发新的可持续新能源是刻不容缓的,而钠元素由于其在地壳中含量丰富且价格便宜,所以近年来研究者们开始对钠离子电池研究投入了大量工作。本文采用了高温固相法合成钠离子电池正极材料Na0.44MnO2,利用X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）及其他电化学测试手段对材料的表面和电化学性能进行了研究。以NaOH为钠源,MnO2为锰源,采用高温固相法合成钠离子电池正极材料。首先研究了不同钠锰比例对正极材料的电化学性能的影响,最终得出Na:Mn=0.44时制备的产物具有较优的电化学性能。结果表明:Na0.44MnO2首次放电比容量为51.96 mAh·g-1,在30次循环之后,容量效率达95%,具有优良的循环性能。在最佳钠锰比例基础上,研究了正极材料Na0.44MnO2烧结过程中烧结气氛、烧结温度和烧结时间对其结构、形貌以及电化学性能的影响,最终确定了最佳工艺流程:在空气气氛下,将前驱体在350℃下预烧5 h,再经过800℃煅烧8 h合成的产物晶型完整,颗粒较均匀,呈明显规则的棒状结构,且具有更好的电化学性能。用高温固相法成功合成一系列不同铝掺杂量的正极材料Na0.44Mn1-xAlxO2（x=0.1、0.2、0.3和0.4）,探究了铝含量对正极材料的结构和电化学性能的影响。当掺杂量x=0.3时,正极材料Na0.44Mn0.7Al0.3O2在首次充放电中,放电比容量达到了184.76 mAh·g-1,且其电池的极化程度较小,材料具有良好的电化学性能。对Na0.44MnO2正极材料进行锂元素掺杂,用锂元素替代材料中的钠元素,制备出正极材料Na0.44-xLixMnO2（x=0.06、0.08、0.10和0.12）,探究能使正极材料表现出优良电化学性能的适合锂元素比例。结果表明:在掺杂量x=0.10时,样品的结晶最好,此时形成的粉体颗粒细小,其首次放电比容量达到106.35 mAh·g-1,与其他掺杂量形成的样品相比,Na0.34Li0.10MnO2具有更优良的电化学性能。在铝、锂离子掺杂Na0.44MnO2之后,选择两种离子掺杂的最适比例,对正极材料进行复合掺杂,采用高温固相法合成正极材料Na0.34Li0.10Mn0.7Al0.3O2,正极材料形成的样品颗粒均匀,其首次放电量达到110.20 mAh·g-1,循环性能也较优良,且比仅用锂离子掺杂时首次放电量更高,这可能是由于掺杂锂后颗粒变细小,但却比单独掺杂铝离子的首次比容量低,可能是由于锂离子掺杂发生在铝离子掺杂之前,而锂离子掺杂由于其离子半径小于钠离子的离子半径,破坏正极材料的结构,结合循环伏安和阻抗分析,在掺杂铝离子之后,不能大幅度的提高正极材料的电化学性能。
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