水系钠锌混合电池钒基磷酸盐正极材料的制备及改性.pdf

水系钠锌混合电池钒基磷酸盐正极材料的制备及改性

摘要

新型的水系离子电池采用水系电解液，具有较高的离子电导率，避免了有机电解液

价格高昂、易燃易爆和有毒等不足，在大规模储能领域具有极大的应用前景。但水系离

子电池正极材料的性能问题一直制约着其进一步的发展。因此，开发合适的水系离子电

池正极材料极为重要。本课题所选取的研究对象为具有NASICON结构的聚阴离子型化

合物NaV(PO)，其具有开放的三维骨架结构，较高的理论比容量，是一种理想的水系

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电池正极材料。但其在水系电解液当中循环稳定性差、实际比容量低等缺点尚未得到有

效解决。本文系统研究了NaV(PO)在水系电解液中的电化学性能。以NaV(PO)作

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为研究对象，分别从合成工艺优化、组织成分优化、导电碳材料包覆三个方面出发，有

效改善了NaV(PO)正极材料在水系离子电池当中的放电比容量低和循环稳定性差的

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问题，进一步促进了其在水系电池体系中的应用。主要研究内容和结果如下：

（1）合成工艺优化。分别采用溶胶凝胶法和固相法制备NaV(PO)/C。在物相与

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形貌分析中，两种样品都展现了较好的结晶性和疏松多孔的结构。在电化学性能测试中，

其中固相法制备的NaV(PO)/C能够实现更大的比容量。其在100mAg-1的电流密度

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下，初始放电比容量高达107.7mAhg-1，300次充放电循环后容量保持率仍高达68.87%；

当电流密度增大到500mAg-1时，初始放电比容量高达105.6mAhg-1，1000次充放电循

环后容量保持率为44.93%。

（2）组织成分优化。分别采用固相法制备NaVTi(PO)/C和NaVFe(PO)/C。通

243343

过对比发现，NaVTi(PO)/C的电化学循环更加稳定。在100mAg-1的电流密度下，

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NaVTi(PO)/C在500次循环后容量保持率仍高达93.11%，比容量稳定在36.7mAhg-

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1。然后，通过调控Ti掺杂含量合成NaVTi(PO)/C(x0-1.0)五种样品。其中，Na

3-x2-xx433-

VTi(PO)/C(x=0.4)在保持循环稳定性的同时，也具有较高的比容量。其在100mAg-

x2-xx43

1的电流密度下，400次循环后仍具有73.1mAhg-1的比容量，容量保持率高达93.23%。

（3）导电碳材料包覆。分别采用6mmol的柠檬酸、葡萄糖、和抗坏血酸作为碳源，

通过固相法制备NaVTi(PO)/C。其中，柠檬酸对NaVTi(PO)的循环稳定性

2.61.60.4432.61.60.443

改善最为明显。在500mAg-1的电流密度下，其具有75.5mAhg-1的比容量，1500次循

环后容量保持率仍高达92.42%。在此基础上，进一步优化调控柠檬酸添加量，筛选得到

8mmol的柠檬酸添加量能够进一步提升NaVTi(PO)/C样品比容量。