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多金属共掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2钠离子电池正极材料及电化学性能优化机理研究

机械工程学报 2020年第10期56卷 117-126页

作者：张远朋赵方晖张国举杨洁段连峰长春工业大学材料科学与工程学院长春130012

利用简单的水热结合煅烧法制备Na0.91MnO2,并以此为前驱体材料,在相同条件下进行Ni掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒有效地提高了比容量。进一步地,又对Na0.67Mn0.67Ni0.33O2进行Co掺杂制得Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2,发现得到的... 详细信息

利用简单的水热结合煅烧法制备Na0.91MnO2,并以此为前驱体材料,在相同条件下进行Ni掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒有效地提高了比容量。进一步地,又对Na0.67Mn0.67Ni0.33O2进行Co掺杂制得Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2,发现得到的电极材料具有更高的循环稳定性。通过微观结构及成分分析所合成的样品成分均一、形貌均匀,粒径大约300nm。其中Ni、Co共掺杂的Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2在电流密度0.1C时,首次充、放电比容量均为160mA·h·g^-1以上,经过200次循环的放电比容量保持在120mA·h·g^-1。电流密度1C时可逆容量可达到90mA·h·g^-1。研究表明,通过Ni的掺杂提高了纳米颗粒的比容量,Co掺杂可提高电极材料的钠离子扩散系数,减小电荷转移阻抗,双掺杂可有效提高电极材料的比容量、倍率与循环性能。

关键词：锰酸钠多金属掺杂钠离子电池正极材料钠离子扩散

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基于压电效应与合金化反应协同调控的钠离子电池负极材料的可控制备及电化学性能研究

基于压电效应与合金化反应协同调控的钠离子电池负极材料的可控制...

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作者：王营涛深圳大学

学位级别：硕士

锂离子电池由于资源问题不能满足未来大中型储能系统对化学电池的需求。钠离子电池因与锂离子电池相似的工作机理、钠资源丰富而有望取代锂离子电池,成为下一代广泛使用的储能器件。钠离子的离子半径比锂离子大,传统锂离子电池的石墨负... 详细信息

锂离子电池由于资源问题不能满足未来大中型储能系统对化学电池的需求。钠离子电池因与锂离子电池相似的工作机理、钠资源丰富而有望取代锂离子电池,成为下一代广泛使用的储能器件。钠离子的离子半径比锂离子大,传统锂离子电池的石墨负极不能有效脱嵌钠离子,钠离子电池需要开发新的负极材料体系。相比于其他材料,合金基负极材料拥有更高的理论容量,安全的工作电压,低廉的成本,因此更容易满足未来新能源汽车和便携式穿戴储能设备对于电池高能量密度、高功率密度和轻量化的要求。但合金基负极材料存在体积膨胀严重、导电性差、反应动力学缓慢等缺点。本论文针对合金基负极材料在放电过程发生巨大体积膨胀的缺陷,引入功能材料钛酸钡(BTO),体积膨胀产生的机械力作用于BTO,诱发压电效应,讨论形成的压电电场能否促进钠离子的扩散。具体研究成果如下:(1)以简单易行的球磨法将红磷(red-P)、BTO和石墨烯(G)复合在一起,作为钠离子电池的负极材料。两种复合材料red-P/BTO/G和red-P/G中红磷含量分别为22%和32%。在200 mA·g电流密度下,red-P/BTO/G、red-P/G和red-P材料的首次可逆充电容量分别为1557、472和450 mA h·g,循环100圈后放电容量分别为823、197和80 mA h·g,证明BTO和石墨烯可以提升复合材料的储钠容量和循环稳定性。通过对比不同材料的电化学性能,确定red-P/BTO/G复合材料的最优制备工艺为:物料比为1:1:1;球磨时间为5 h;球磨次序为分步球磨。对red-P/BTO/G材料进行不同条件的极化,采用不同扫速循环伏安法(CV)测算钠离子扩散系数,10kV正向极化red-P/BTO/G相比于red-P/G材料扩散速度提升450倍,证实BTO的引入以及正向极化条件可提高钠离子扩散速度;采用扫描电化学显微镜(SECM)测试表征各种极化条件材料的微区电化学反应强度,发现10 kV正向极化red-P/BTO/G相比于red-P/G材料反馈电流提升15倍,证明BTO压电效应提升钠离子扩散机理的正确性。(2)采用化学气相沉积法(CVD)制备二氧化锡(SnO)纳米线、采用水热法进行BTO包覆、并以苯胺为前驱体原位聚合实现碳包覆,制备SnO@BTO@C材料作为钠离子电池的负极材料。在电流密度为200 mA·g时,四种材料SnO@BTO@C、SnO@C、SnO@BTO、SnO循环100圈后放电容量分别为765、142、13和87 mA h·g,证明BTO和碳包覆可有效提升材料的电化学性能。测试充放电到不同电压节点处BTO(110)XRD特征峰的峰位,发现该峰在放电过程中发生红移,充电过程中发生蓝移,BTO随SnO体积周期性膨胀发生周期性偏移,证明在放电过程中,BTO受到SnO的体积膨胀形成的压力,从而产生压电效应,进而阐明在一维尺度下,BTO促进钠离子扩散的机理。

关键词：钠离子电池合金基负极钛酸钡压电效应钠离子扩散

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O3/P2-Na_(x)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)复合相正极材料的结构演变与储钠性能

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储能科学与技术 2023年第9期12卷 2707-2714页

作者：蔡浩然闫利珏杨旭潘慧霖浙江大学化学系浙江杭州310027 能源清洁国家重点实验室浙江杭州310027

复合相界面可有效抑制含钠层状过渡金属氧化物正极材料中复杂的结构相变,提高循环稳定性。然而,复合相界面的设计与调控与层状氧化物的合成、煅烧过程密切相关。通过改变降温方式可实现对O3/P2-Na_(x)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)复... 详细信息

复合相界面可有效抑制含钠层状过渡金属氧化物正极材料中复杂的结构相变,提高循环稳定性。然而,复合相界面的设计与调控与层状氧化物的合成、煅烧过程密切相关。通过改变降温方式可实现对O3/P2-Na_(x)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)复合相正极材料的O3/P2相界面调控,进而调节其电化学储钠性能。研究发现,自然降温有利于高温煅烧阶段扩散至材料表面的钠离子返回体相,形成稳定的O3/P2相界面。急速降温过程如液氮骤冷,会阻隔钠离子返回体相,导致复合相材料容量降低,且不利于形成稳定的O3/P2相界面,削弱循环性能。电化学阻抗和循环伏安测试表明液氮降温会增大O3/P2-Na_(x)Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)复合相界面阻抗,限制钠离子扩散动力学,导致钠离子扩散系数下降。本工作尝试建立钠离子扩散平衡机制以解释降温过程中钠离子的扩散行为及其对O3/P2相界面与体相钠含量的影响。合理调控层状氧化物正极煅烧过程的降温过程,对构建稳定复合相结构,抑制结构相变,提高层状氧化物材料的电化学稳定性具有重要意义。

关键词：钠离子电池复合相结构结构相变降温过程钠离子扩散

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LiNbO_3晶体表面Na^+扩散的理论分析及实验研究

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功能材料 2002年第3期33卷 326-328,331页

作者：强亮生徐崇泉张俊宝韦永德哈尔滨工业大学应用化学系黑龙江哈尔滨150001

基于扩散方程 ,对LiNbO3 晶片Na+ 扩散进行了理论分析和实验研究。研究表明 ,LiNbO3 晶体的Na+ 扩散工艺宜选择Na2 CO3 和富锂LiNbO3 的混合物为扩散源 ,于 95 0～ 10 0 0℃扩散 2 0h。扩散可一定程度地保证Na+ 的均匀性。扩散层厚度以... 详细信息

基于扩散方程 ,对LiNbO3 晶片Na+ 扩散进行了理论分析和实验研究。研究表明 ,LiNbO3 晶体的Na+ 扩散工艺宜选择Na2 CO3 和富锂LiNbO3 的混合物为扩散源 ,于 95 0～ 10 0 0℃扩散 2 0h。扩散可一定程度地保证Na+ 的均匀性。扩散层厚度以及Na+ 相对含量和扩散层厚度的关系与扩散时间密切相关 ,且Na+ 扩散进入LiNbO3 晶片的扩散源是相对变化的 ,表层为NaNbO3 ,其次是Li1-xNaxNbO3 ,x值随扩散的深入而变小。同时发现晶片的Na+ 扩散是以Na+ 替代Li+

关键词： LiNbO3晶体理论分析扩散机理钠离子扩散

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