锂/钠离子电池正极材料的研究

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锂离子储能电池由于其具备高能量密度、高输出电压、循环性能好以及对环境友好等优点,成为了新型电化学储能器件的研究对象。在一系列的电极材料中,单斜晶系的磷酸钒锂(Li3V2(PO43)由于结构稳定、高理论比容量、循环性能好、价格低廉等优势脱颖而出。然而磷酸钒锂低的电子和锂离子电导率,影响了其倍率性能和循环性能。本文通过固相反应法,制备碳包覆的Li3V2(PO43/C样品。为了实现工业化需求,通过研究一次球磨前后加柠檬酸的顺序及份量对Li3V2(PO43的影响,得出在第一次球磨前添加钒和柠檬酸的摩尔比为1:1时,锂离子的扩散系数最大,内阻最小,Li3V2(P O43/C表现出了最好的倍率性能和循环性能。在0.5 C倍率,3.0-4.3 V电压范围下充放电时,放电比容量达到了128 mAh g-1,当倍率达到10 C倍率,甚至达到20 C倍率充放电时,放电比容量分别达到了105 mAh g-1和98 mAh g-1,容量保留率达到了87%。然而地球上锂资源的匮乏,以及人们对锂离子电池需求越来越多,导致了锂资源价格的高昂。钠离子电池作为未来新型的储能电池,可作为锂离子电池的重要替代品。三维框架NASICON结构的磷酸钒钠(Na3V2(PO43)具有稳定的结构、高的放电比容量以及价格低廉等优点受到了广大研究者的关注。Na3V2(PO43被认为是一种非常具有发展前景的正极材料,本文提出了一种通过高能球磨的方法合成非整比的Na3-3xV2+x(PO43/C(x=0–0.10)正极材料,具有最好的高倍率性能和稳定的循环性能。我们通过调节Na和V的不同摩尔比,合成非整比的Na3-3xV2+x(PO43/C复合材料。XRD精修之后发现,随着V含量的增多,Na3V2(PO43样品的晶格体积有轻微的膨胀,有利于钠离子的嵌入和脱出,增大了钠离子的扩散率,可以增大Na3V2(PO43在高倍率下的充放电性能。然而过量的V离子会占据空隙,阻碍钠离子的迁移,降低了高倍率下充放电性能。实验得出,当x=0.05时,Na2.85V2.05(PO43/C材料展现出最好的电化学性能。在1 C倍率下放电比容量达到112.4 mAh g-1,达到了理论比容量的96%,在0.5 C倍率下,500圈充放电循环之后,比容量仍然高达100.7 mAh g-1,保持在理论值的95%。
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