【摘 要】
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近年来,由于石油、煤等传统能源开始大规模使用,逐渐造成了日益严重的环境污染和温室效应等问题。人们开始关注太阳能、风能、潮汐能等可再生清洁能源。但是这些能源会受到时间和空间的限制,需要大规模的储能器件进行调节。在众多的储能技术里,锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点受到青睐。但是随着锂离子电池在电动汽车上的大规模使用,导致锂资源开始逐渐匮乏,必然会导致锂的价格上升。钠元素与锂元素具有类似的理化
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近年来,由于石油、煤等传统能源开始大规模使用,逐渐造成了日益严重的环境污染和温室效应等问题。人们开始关注太阳能、风能、潮汐能等可再生清洁能源。但是这些能源会受到时间和空间的限制,需要大规模的储能器件进行调节。在众多的储能技术里,锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点受到青睐。但是随着锂离子电池在电动汽车上的大规模使用,导致锂资源开始逐渐匮乏,必然会导致锂的价格上升。钠元素与锂元素具有类似的理化特性,钠资源丰富,且不受地域条件的限制,因此将低成本的钠离子电池应用到大规模储能中将是未来储能技术的发展趋势。本文对P2-Na0.67Ni0.33Mn0.6702层状正极材料进行了材料的性能改性研究。分别通过Li元素掺杂和Fe元素取代以及Li元素和Cu元素掺杂采用高温固相法在不同焙烧温度下制备了Na0.7LiyFexMn0.7O2（y=0.5-3x）和 Na0.7Li0.1CuxNiyMn0.6O2（y=0.4-x）层状正极材料,探究了不同焙烧温度以及不同离子掺杂量对材料性能的影响。采用XRD、SEM等测试对材料形貌、结构进行了表征,并通过Land电池测试系统和电化学工作站对材料进行了进一步的电化学性能分析。研究内容及结果如下:（1）研究锂元素掺杂和铁元素取代对材料性能的影响。在不同焙烧温度下制备了Na0.7Li0.11Fe0.13Mn0.7O2层状材料,探究了不同温度对材料性能的影响。当焙烧温度为800℃时,在0.2C倍率下的首次充放电容量为178.1mAh/g和169.1mAh/g,库伦效率为94.9%,并且在该焙烧温度下材料循环性能良好,在60圈循环后容量保持率为89.2%。（2）在焙烧温度为800℃的条件下通过改变Li、Fe元素的掺杂量分别制备了Na0.7LiyFexMn0.7O2（x=0.09,0.11,0.13）层状材料。对不同掺杂量的材料进行了充放电性能测试以及循环性能测试,结果表明,当Fe掺杂量x=0.1 1时,Na0.7Li0.17Fe0.11Mn0.7O2材料的电化学性能最佳,其首圈的充放电比容量为153.9 mAh/g和183.4 mAh/g,60圈循环后容量保持率为84.1%。（3）研究锂铜元素掺杂对材料性能的影响。采用高温固相法在不同焙烧温度下制备了 Na0.7Li0.1Cu0.05Ni0.35Mn0.6O2 材料。分别对 850℃、900℃、950℃ 焙烧温度下的Na0.7Li0.1Cu0.05Ni0.35Mn0.6O2材料进行了 XRD、SEM、充放电性能、交流阻抗等测试,结果表明在900℃的焙烧温度下测试的性能最佳,0.2C测试倍率下首圈的充放电比容量达到126.9mAh/g和140.3mAh/g,库伦效率为110.5%,50圈后容量保持率为85.9%。（4）研究不同铜离子掺杂量对材料性能的影响。在900℃焙烧温度的条件下分别制备了Na0.7Li0.1CuxNiyMn0.6O2（x=0.05.0.1.0.15）材料,分析测试结果表明当 x=0.1 时,材料的电化学性能最佳。Na0.7Li0.1Cu0.1Ni0.3Mn0.6O2的首圈充放电比容量为159.7mAh/g和148.0mAh/g,50圈后容量保持率为92.4%,电荷转移阻抗Rct仅为31Ω。
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