基于聚陰離子型鋰-鈉離子電池正極材料的結(jié)構(gòu)調(diào)制及電化學(xué)性能研究.pdf

1、可充電鋰/鈉離子電池具有高能量密度、大比容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到便攜式電子產(chǎn)品中，并逐漸成為新能源電動(dòng)汽車的理想動(dòng)力系統(tǒng)。為了滿足日益發(fā)展的需求，促使全世界研究者們大力研究高能量密度和高功率動(dòng)力電池。其中，正極材料是當(dāng)前限制離子電池發(fā)展的主要瓶頸所在。因此，探索新型電極材料，調(diào)制材料結(jié)構(gòu)、理解電化學(xué)性能與結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效關(guān)系對(duì)發(fā)展高性能離子電池具有重要的科學(xué)意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本論文選取聚陰離子型正極材料為具體研究對(duì)象，深

2、入研究了新型正極材料LiFePO4和Na3V2(PO4)3的結(jié)構(gòu)調(diào)制和電化學(xué)性能。取得了以下研究成果:
　　1.通過溶劑熱法合成了具有超薄碳和石墨烯共包覆的橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4@C/RGO納米化合物，電化學(xué)性能測(cè)試顯示出具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。特別是在10C倍率下充放電循環(huán)200圈后沒有明顯的容量衰減，在20 C條件下，表現(xiàn)出119 mAh/g的放電容量。該結(jié)果為大功率能量存儲(chǔ)裝置提供了重要參考意義。
　　2.利

3、用溶劑熱法制備出不同濃度Mn摻雜LiFe1-xMnxPO4(x=0，0.25，0.5，0.75和1)化合物。同步輻射X射線吸收譜(XAS)、第一原理計(jì)算(DFT)和能量色散X射線光譜(EDX)測(cè)試結(jié)果表明LiFe1-xMnxPO4化合物包含兩種不同相:LiFePO4和LiMnPO4。由于晶體場(chǎng)效應(yīng)，這兩種相結(jié)構(gòu)在化合物中是隨機(jī)堆疊的。另外，隨著Mn摻雜濃度的增加，MO6（M=Fe或Mn）八面體的扭曲程度也會(huì)隨之增加?？紤]到LiMnPO4

4、堆疊尺度大小和MO6八面體的扭曲程度的影響，LiFe0.75Mn0.25PO4樣品表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能。該結(jié)果為能量型電極材料優(yōu)化改性提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　3.通過溶膠-凝膠法制備Na3V2(PO4)3@C多孔微球形貌結(jié)構(gòu)的化合物，實(shí)現(xiàn)了Na3V2(PO4)3納米顆粒嵌入在乙炔黑(SP)和多壁碳納米管(MCNTs)功能碳材料陣列中的鈉離子電池復(fù)合正極材料。電化學(xué)性能測(cè)試表明Na3V2(PO4)3/SP和Na3V2(PO4)3

5、/MCNTs具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，特別是Na3V2(PO4)3/MCNTs在0.2 C和10C下分別有112.8 mAh/g和70 mAh/g的放電比容量。另外，在1C條件下充放電循環(huán)400圈，容量保持率為90％。電化學(xué)性能的提高可以歸因于材料的多孔微球的形貌及有利于電子和離子傳輸?shù)墓δ芴疾牧暇W(wǎng)絡(luò)。
　　4.通過自組裝方法合成了薄層石墨烯包覆Na3V2(PO4)3納米復(fù)合材料，并利用石墨烯對(duì)Na3V2(PO4)3本征低電