鈉離子電池電極復(fù)合材料的制備及電性能研究.pdf

1、本文首先對鋰離子電池和鈉離子電池進(jìn)行了簡要概述，同時對現(xiàn)有文獻(xiàn)報道的鈉離子電池材料進(jìn)行歸類整理并做了詳細(xì)的介紹，并對現(xiàn)有材料的優(yōu)點和不足進(jìn)行了分析，然后提出了本論文的研究重點：利用具有優(yōu)良導(dǎo)電性的材料對現(xiàn)有電極材料進(jìn)行表面修飾改性，提高電極的電導(dǎo)率，使制備的材料具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能。主要內(nèi)容包括：
　　層狀 Na2Ti3O7作為鈉離子電池負(fù)極材料時，存在導(dǎo)電性差、高溫下容易形成棒狀或塊狀結(jié)構(gòu)，Na+離子擴(kuò)散率低及倍率性能較差等問

2、題。本文以介孔二氧化鈦作為前驅(qū)體，熱固性酚醛樹脂作為碳源和保護(hù)層，制備了內(nèi)部由導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)分割、表面均勻包覆一層導(dǎo)電碳的Na2Ti3O7@C復(fù)合材料。通過X射線衍射技術(shù)、掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡等測試手段對所得復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了一系列表征，并以之為鈉離子電池電極材料與金屬鈉組裝成半電池進(jìn)行電化學(xué)測試。測試結(jié)果表明，所得電極材料為碳層包覆的純相Na2Ti3O7。TEM和SEM表征證明電極材料呈直徑500 nm左右的球狀核殼結(jié)構(gòu)

3、。這種納米結(jié)構(gòu)的存在縮短了Na+離子的傳輸距離，因而提高了電極材料中Na+離子的擴(kuò)散速率。電極材料表面所包覆的很薄的碳?xì)拥拇嬖?，提高了材料的?dǎo)電性能。因此，制備的Na2Ti3O7@C復(fù)合材料較純Na2Ti3O7材料的電化學(xué)儲鈉性能有非常大的提高，在0.1C倍率下第2周循環(huán)的放電容量由109.2mAh/g提高到155 mAh/g，50周循環(huán)后放電容量仍保持在100 mAh/g，而Na2Ti3O7材料50周循環(huán)后放電容量僅保持有60.1

4、mAh/g。
　　在NASICON型的Na3V2(PO4)3晶體結(jié)構(gòu)中，VO6八面體和PO4四面體以頂角相連的形式組成三維框架構(gòu)造，表現(xiàn)出可供Na+離子快速通過的通道結(jié)構(gòu)，因此在理論上Na+離子具有非常高的傳導(dǎo)率。然而電極材料的電導(dǎo)率相對較低，儲鈉的電化學(xué)活性也較差。聚苯胺是一種具有共軛π-π鍵結(jié)構(gòu)的聚合物，在經(jīng)過“摻雜”后，π電子可以沿著聚合物鏈方向移動，因而表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。本文利用化學(xué)氧化的方法成功地制備了質(zhì)子酸摻雜的聚苯

5、胺，并將其均勻地包覆在Na3V2(PO4)3材料表面對材料進(jìn)行表面修飾。相應(yīng)結(jié)構(gòu)表征證明了聚苯胺在電極材料表面的成功包覆；相應(yīng)電化學(xué)性能測試證明，經(jīng)聚苯胺包覆改性后的Na3V2(PO4)3電極材料的充放電比容量以及循環(huán)穩(wěn)定性較Na3V2(PO4)3本征電極材料有顯著提高。其中，在700?C焙燒條件下獲得的電極材料經(jīng)導(dǎo)電聚合物包覆后，其電性能尤為優(yōu)異。當(dāng)聚苯胺的含量為Na3V2(PO4)3的萬分之一時，復(fù)合材料具有最好的儲鈉性能，0.2C