發(fā)布時(shí)間：2022-01-20 19:10

　　正極材料是制約電池能量密度的關(guān)鍵�；谶^(guò)渡金屬離子與晶格氧雙重氧化還原反應(yīng)的層狀過(guò)渡金屬氧化物具有高的比容量,是下一代高比能量鈉離子電池的首選正極材料。然而,陰離子氧化還原反應(yīng)的過(guò)程往往伴隨著晶格結(jié)構(gòu)的劇烈變化以及晶格氧的損失,導(dǎo)致正極材料極大的電壓滯后和容量衰減。近年來(lái)的研究表明,在P2結(jié)構(gòu)層狀氧化物的電化學(xué)反應(yīng)中,材料不但可能同時(shí)具有陽(yáng)離子和陰離子的氧化還原活性,而且在循環(huán)過(guò)程中還能保持較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。然而,關(guān)于該類型材料的研究還局限于堿金屬或堿土金屬摻雜的化合物中。在這種特殊的結(jié)構(gòu)中,進(jìn)一步拓寬該類型材料的研究范圍、深入研究陰離子氧化反應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、理解陰離子氧化反應(yīng)過(guò)程中穩(wěn)定晶格氧的有效機(jī)制,對(duì)探索高容量電池電極材料有重要意義。因此,本文通過(guò)對(duì)P₂-Na_2/3Mn_（1-x）MxO₂（M=Zn、Cu）系列材料的研究,探索其中過(guò)渡金屬和氧的相互作用,并進(jìn)一步加深對(duì)陰離子氧化反應(yīng)機(jī)理以及晶格氧穩(wěn)定機(jī)制的理解。本文研究了不同含量Zn摻雜對(duì)P₂-Na_2/3... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

主要儲(chǔ)能技術(shù)分類

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士論文-2-體，相對(duì)負(fù)極集流體為銅箔的鋰離子電池，鈉離子電池將更具成本優(yōu)勢(shì)。因此，鈉離子電池的研究受到了越來(lái)越多科研工作者的重視。表1-1Na和Li的性質(zhì)對(duì)比性質(zhì)NaLi相對(duì)原子質(zhì)量（g/mol）23.006.94離子半徑（）1.020.76熔點(diǎn)（℃）97.7180.5密度（g/cm3）0.5340.971第一電離能（KJ/mol）495.8520.2豐度2.83%0.006%標(biāo)準(zhǔn)電極電位（V）-2.71-3.04理論體積比容量（mAh/cm3）11312062理論質(zhì)量比容量（mAh/g）116538611.2鈉離子電池的工作原理如圖1-2所示，鈉離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜、集流體等組成。將正負(fù)極材料分別涂布到鋁箔上，相對(duì)放置，中間用隔膜隔開(kāi)，并且用電解液浸潤(rùn)整個(gè)電池體系。離子可以通過(guò)隔膜在正負(fù)極之間傳導(dǎo)。在充電過(guò)程中，電池內(nèi)部，鈉離子從正極材料中脫出，在電解液中經(jīng)過(guò)隔膜，嵌入到負(fù)極材料中。電池外部，外電路的電子經(jīng)導(dǎo)線從正極傳輸?shù)截?fù)極，保持整個(gè)體系電荷平衡。放電過(guò)程正好相反，鈉離子從負(fù)極中脫出，通過(guò)浸潤(rùn)在電解液中的隔膜，嵌入到正極材料中。外部電路中，電子自負(fù)極傳輸?shù)秸龢O。圖1-2鈉離子電池的工作原理[3]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士論文-3-1.3鈉離子電池正極材料鈉離子電池電極材料的結(jié)構(gòu)決定了其電化學(xué)性能。同高比容量、高穩(wěn)定性的負(fù)極材料相比，正極材料的電化學(xué)性能具有很大的改善空間，是制約鈉離子電池發(fā)展的關(guān)鍵性因素之一。因此，提升和改善現(xiàn)有正極材料的性能，探索新型的正極材料一直是鈉離子電池研究領(lǐng)域的熱門課題。一般來(lái)說(shuō)，鈉離子電池正極材料的選取原則有：（1）比容量和氧化還原電位較高；（2）具有合適且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)便于鈉離子的嵌入和脫出；（3）電子導(dǎo)電率和離子導(dǎo)電率好；（4）環(huán)境友好，價(jià)格低廉等。目前鈉離子電池正極材料主要有層狀過(guò)渡金屬氧化物、聚陰離子類材料、普魯士藍(lán)類化合物、有機(jī)材料等。1.3.1層狀過(guò)渡金屬氧化物1.3.1.1層狀過(guò)渡金屬氧化物的結(jié)構(gòu)層狀過(guò)渡金屬氧化物是研究最早的一類嵌入型化合物，可用NaxMeO2來(lái)表示，其中Me表示過(guò)渡金屬，如Mn、Ni、Fe、Co、Ti、V、Cr等。層狀過(guò)渡金屬氧化物具有合成簡(jiǎn)單、比容量較高等優(yōu)點(diǎn)，從而吸引了許多科研工作者的關(guān)注。NaxMeO2主要由鈉層和過(guò)渡金屬層交替排列，堆垛而成。過(guò)渡金屬和氧配位形成MeO6八面體構(gòu)成過(guò)渡金屬層，而鈉離子位于層間。依據(jù)鈉離子所處的配位環(huán)境命名相應(yīng)的字母。如果鈉離子的配位環(huán)境為三棱柱（Prismatic），則以“P”命名，如果為八面體（Octahedral），則以“O”命名。又依據(jù)單個(gè)晶胞內(nèi)過(guò)渡金屬的層數(shù)加以相應(yīng)的數(shù)字，主要包括P2、P3、O2、O3四種結(jié)構(gòu)[7]。其結(jié)構(gòu)模型圖如圖1-3所示。圖1-3鈉離子電池層狀過(guò)渡金屬氧化物的主要結(jié)構(gòu)[3]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈉離子電池正極材料研究進(jìn)展[J]. 方永進(jìn),陳重學(xué),艾新平,楊漢西,曹余良.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(01)



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