上世纪90年代,Sony公司抓住历史机遇,使得具有高能量密度和优异循环寿命的锂离子电池实现了商业化的进程,由此锂离子电池在各个方面得到了广泛的应用。但是随着锂离子电池的飞速发展,锂资源的需求量越来越大,锂离子电池作为非常有发展潜力的二次电池也逐步展现了它的一些局限性。钠离子电池的储能机制和锂离子电池类似,但是钠地域分布广泛、储量丰富且成本低廉,同样拥有高的电压平台,安全性更高。寻找合适的正极材料是发展钠离子电池的关键,而钠离子正极材料是钠离子电池走向商业化进程的关键。本文主要是对P2相正极材料进行结构调控并进行改性研究,本文的主要研究内容有:1、我们提出通过Ni和Co取代Fe位的协同作用来调节材料的晶体结构进一步优化钠离子电池P2-Na0.7Mn0.75Fe0.25-x-yNixCoyO2正极材料的电化学性能。通过X射线衍射,中子粉末衍射和电化学测试技术揭示了材料的结构-性能关系以及 Ni 和 Co 协同改进机制。相比于 Na0.7Mn0.75Fe0.25O2(MF),Na0.7Mn0.75Fe0.15Ni0.1O2(FN)和 Na0.7Mna75Fe0.15Co0.1O2(FC),Na0.7Mn0.75Fe0.15Ni0.05Co0.05O2(FNC)在1.5-4.2V电压范围内具有相对平滑的充放电曲线和更好的循环和倍率性能。FNC在0.1C的电流密度下可提供181 mAh g-1的可逆比容量,并且具有较高的循环稳定性;在1C,2C,5C和10C的高电流密度下,FNC仍可分别提供127,109,83和58mAh 的可逆比容量。性能改善的主要原因是Ni和Co取代Fe之后引起的协同效应,其作用机制主要是d-间距的扩大(钠离子扩散层)和钠离子扩散系数的增大。本研究通过多元素掺杂共同调控晶体结构,为SIBs的高性能正极材料的设计提供了一种新的方案。2、基于Fe和Mn基元素的P2型层状氧化物由于其廉价的金属成分和高的理论容量而作为钠离子电池(SIB)的正极材料引起了众多研究者极大的兴趣。但是这类材料仍然存在一个巨大的挑战,那就是容量的快速衰减和在反应过程中存在复杂的相变。在此,我们提出通过Al来取代Mn或者Fe从而调节Na0.67Mn0.5Fe0.5O2材料的晶体结构和电化学性能,并进一步解释Al在此过程中的作用机制。Al取代Mn或者Fe位之后,晶胞参数a和c均减小,但是d值增大,Na-O键长增大,这使得Na+扩散速率明显增强,在Na0.67Mn0.5Fe0.47Al0.03O2中这种现象更加显著。Al掺杂降低了 TMO2层的厚度,增强了 TM-O/O-O的结合能,这些因素都有利于层状结构的稳定。Al的加入可以减少Mn3+的含量,从而抑制材料的Jahn-Teller效应,进一步改善层状结构的稳定性和循环性能。Al掺杂,特别是用Al代替Fe也缓解了充放电循环期间的晶格体积变化(△ V)和结构应变,这进一步有利于层状结构的稳定性。本研究不仅揭示了 Al掺杂Fe或Mn的作用,而且为通过掺杂来改善层状金属氧化物的电化学性能提供了一种新的方法。