高倍率和長循環(huán)穩(wěn)定性鈉離子電池正極材料Na0.85Ni0.3Fe0.2Mn0.5O1.95F0.05@CuO的性能研究

編號：CYYJ043328

篇名：高倍率和長循環(huán)穩(wěn)定性鈉離子電池正極材料Na0.85Ni0.3Fe0.2Mn0.5O1.95F0.05@CuO的性能研究

作者：郝定邦 栗永利

關(guān)鍵詞： 鈉離子電池 復(fù)合相結(jié)構(gòu) 陰離子摻雜 包覆改性 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

機構(gòu)： 華北電力大學(xué)能源動力與機械工程學(xué)院

摘要： 傳統(tǒng)鈉離子電池鐵錳基正極材料具有價格低廉、理論比容量和工作電壓高的優(yōu)勢,受到了廣泛和深入的研究,但是鐵錳基層狀氧化物在充放電時晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生不可逆相變,容量和循環(huán)穩(wěn)定性會迅速衰退,不利于大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展。針對這種問題,本工作采用陰離子F-摻雜和金屬氧化物CuO包覆制備出P2/O3混合相Na0.85Ni0.3Fe0.2Mn0.5O1.95F0.05@CuO鐵錳基正極材料,并分析了不同包覆溫度下材料的電化學(xué)性能。掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和能量分散譜(EDS)顯示CuO對材料表面實現(xiàn)了致密均勻包覆,非原位X射線衍射分析(ex-situ XRD)結(jié)果表明材料在充放電過程中未出現(xiàn)不可逆相變,晶體結(jié)構(gòu)保持良好。Na0.85Ni0.3Fe0.2Mn0.5O1.95F0.05@CuO-800材料在2.0~4.2 V時首次放電容量為122.7 mAh/g,100圈循環(huán)后容量保持率為72.62%;在5C和10C大倍率充放電電流密度下經(jīng)過200圈和800圈循環(huán)后放電比容量仍達到75 mAh/g和60 mAh/g,容量保持率為82%以上。結(jié)果表明F-摻雜形成的強TM—F鍵以及均勻致密包覆的CuO層保持了材料晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,抑制了不可逆O2相的產(chǎn)生,減少了電極材料與電解質(zhì)之間副反應(yīng)的發(fā)生,避免了因過渡金屬離子的溶解造成正極材料剝落。本工作顯著提升了材料在高倍率下的長循環(huán)性能,為高倍率和長循環(huán)穩(wěn)定性的鐵錳基正極材料設(shè)計提供了依據(jù)。