新型水系钠离子电池正极材料制备及电化学性能研究

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水系钠离子电池具有安全可靠、资源丰富、环境友好等优点,在新能源领域受到越来越多的关注。其中,以储钠化合物作为正极,金属Zn作为负极的新型电池体系电化学性能稳定,具有很高的研究价值。本论文选取了拥有独特隧道结构的Na0.44MnO2(NMO)作为正极,Zn片作为负极,含有Na+和Zn2+的混合盐溶液作为电解液,组成新型水系钠离子电池。本论文旨在研究NMO正极材料结构与其电化学性能关系的基础上,探讨不同水系电解液环境对NMO正极材料电化学性能的影响,从而寻找出最适合NMO正极材料的溶质盐电解液以及电解液pH值。同时,为了改善NMO正极材料的导电性能,提升结构稳定性以及增加振实密度,本研究通过喷雾干燥技术分别将还原氧化石墨烯(RGO)和碳纳米管(CNT)与NMO进行复合,得到NMO/RGO和NMO/CNT复合材料,并分别探究了它们的电化学性能。本论文的主要研究内容及结果如下:(1)本论文通过水热软化学(HSCR)法合成NMO纳米材料。表征结果显示,水热时间对材料的形貌有明显影响。其中,水热时间为18 h的NMO样品粒径分布均匀,且纯度高;NMO作为正极材料时,在pH=4.0的Na2SO4+ZnSO4电解液环境下展现出最优的电化学性能,在4 C倍率下经过100循环仍能保持48.1 mAh/g的放电比容量。(2)本论文通过HSCR法结合喷雾干燥技术分别合成了NMO/RGO和NMO/CNT复合材料,探究了它们作为正极材料的电化学性能,实验结果表明:通过喷雾干燥,可以制备出振实密度高、分散均匀的类球状NMO碳基复合材料颗粒;RGO和CNT都能有效的改善NMO碳基复合材料的导电性能,且有利于缓解钠离子运动所产生的应力应变,因此具有优异的电化学性能。当NMO/RGO和NMO/CNT作为分别作为正极材料时,在4 C倍率下经过150循环后的放电比容量仍能保持58.9 mAh/g和53.2 mAh/g,具有广阔的应用前景。
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