【摘 要】
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随着传统化石能源问题的日益严峻,能源的多样化逐渐成为人们关注的焦点,然而风能、太阳能等可再生能源明显受气候、季节和地域限制比较严重,发展空间受限。锂电池虽然具有高比能量、无记忆效应、高效率、技术成熟等优点,但是其元素含量较少、成本较高、分布问题等也成为制约其发展的因素。此时,钠以其海洋含量丰富、提取简单等优势进入科学家的视线。作为锂的相邻同族元素,二者的性质及其相似,甚至表现出了相近的电化学性能,
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随着传统化石能源问题的日益严峻,能源的多样化逐渐成为人们关注的焦点,然而风能、太阳能等可再生能源明显受气候、季节和地域限制比较严重,发展空间受限。锂电池虽然具有高比能量、无记忆效应、高效率、技术成熟等优点,但是其元素含量较少、成本较高、分布问题等也成为制约其发展的因素。此时,钠以其海洋含量丰富、提取简单等优势进入科学家的视线。作为锂的相邻同族元素,二者的性质及其相似,甚至表现出了相近的电化学性能,因此,钠离子电池的研究对能源的可持续发展具有十分重要的意义。本文所研究的材料Na0.7Li0.3Mn0.75O2是基于Na2/3Ni1/3Mn2/3O2探索的,将镍元素换成锂元素的掺杂,再进一步研究锂元素掺杂后的物理表征和电化学性能,主要目的是提升电极材料的充放电性能和倍率性能。本文主要采用溶胶凝胶法和固相法制备层状嵌钠过渡金属氧化物 Na0.7Li0.3Mn0.75O2、Na0.8Li0.2Ni0.3Mn0.6O2 和 Na0.8Li0.1Ni0.3Mn0.6O2。通过XRD、SEM、XPS等手段对所制备的材料进行相应的物理表征,通过CV、EIS、倍率充放电等表征手段俩研究和表征所制备材料的电化学性能。同时,通过改变前驱体的烧结温度、烧结时间和材料的制备方法,研究了材料的制备工艺对基于Na2/3Ni1/3Mn2/302的材料Na0.7Li0.3Mn0.75O2的物理表征和电化学性能的影响。论文的主要工作内容如下:（1）通过溶胶凝胶法探究了煅烧温度（750℃、800℃和850℃）和煅烧时间（8h、10h和12h）对Na0.7Li0.3Mn0.75O2材料电化学性能的影响。研究表明,煅烧温度和时间的不同会影响材料的结构,从而对材料的充放电比容量、倍率性能等产生影响,该材料最佳的煅烧温度为800℃,最佳煅烧时间为10 h。（2）采用固相法制备材料Nao.7Li0.3Mn0.75O2,探究了不同制备方法对材料的物理表征和电化学性能的影响。研究表明,固相法制备的材料颗粒更均匀,性能更优异。结合该材料所做的CV、EIS、XRD、SEM和XPS等检测手段对材料的结构和形貌进行的表征,发现在充放电过程中,主要通过氧和锰离子价态的变化来实现材料的氧化还原反应。（3）在基础材料上掺杂锂元素,并采用固相法制备Na0.8Li0.2Ni0.3Mn0.6O2和Na0.8Li0.1Ni0.3Mn0.6O2。通过研究发现,在煅烧温度和煅烧时间相同的情况下,锂元素的掺杂可以有效稳定结构,提高材料的电化学性能。（4）对Na0.8Li0.1Ni0.3Mn0.6O2进行装配改造,同时对电池电化学性能测试。先将钠电解液（NaPF6,EC:PC=1:1vol%）换成锂电解液（LiPF6,EC:DEC=1:1vol%）,对电池进行测试,观察电解液对电池充放电性能和倍率性能的影响。后期不仅更换电解液,同时将钠片换成锂片,再观察电极材料和电解液的同时更换对电池充放电性能和倍率性能的影响。观察发现该体系材料既可嵌锂又可嵌钠,可以构建双离子系统。
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