鈉離子電池電極復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行了簡要概述，同時對現(xiàn)有文獻報道的鈉離子電池材料進行歸類整理并做了詳細的介紹，并對現(xiàn)有材料的優(yōu)點和不足進行了分析，然后提出了本論文的研究重點：利用具有優(yōu)良導電性的材料對現(xiàn)有電極材料進行表面修飾改性，提高電極的電導率，使制備的材料具有更優(yōu)異的電化學性能。主要內容包括：
　　層狀 Na2Ti3O7作為鈉離子電池負極材料時，存在導電性差、高溫下容易形成棒狀或塊狀結構，Na+離子擴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體，熱固性酚醛樹脂作為碳源和保護層，制備了內部由導電碳網(wǎng)絡分割、表面均勻包覆一層導電碳的Na2Ti3O7@C復合材料。通過X射線衍射技術、掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡等測試手段對所得復合材料的結構和形貌進行了一系列表征，并以之為鈉離子電池電極材料與金屬鈉組裝成半電池進行電化學測試。測試結果表明，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左右的球狀核殼結構

3、。這種納米結構的存在縮短了Na+離子的傳輸距離，因而提高了電極材料中Na+離子的擴散速率。電極材料表面所包覆的很薄的碳殼層的存在，提高了材料的導電性能。因此，制備的Na2Ti3O7@C復合材料較純Na2Ti3O7材料的電化學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晶體結構中，VO6八面體和PO4四面體以頂角相連的形式組成三維框架構造，表現(xiàn)出可供Na+離子快速通過的通道結構，因此在理論上Na+離子具有非常高的傳導率。然而電極材料的電導率相對較低，儲鈉的電化學活性也較差。聚苯胺是一種具有共軛π-π鍵結構的聚合物，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)出良好的導電性。本文利用化學氧化的方法成功地制備了質子酸摻雜的聚苯

5、胺，并將其均勻地包覆在Na3V2(PO4)3材料表面對材料進行表面修飾。相應結構表征證明了聚苯胺在電極材料表面的成功包覆；相應電化學性能測試證明，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)導電聚合物包覆后，其電性能尤為優(yōu)異。當聚苯胺的含量為Na3V2(PO4)3的萬分之一時，復合材料具有最好的儲鈉性能，0.2C