钠电池正极材料Na3V2(PO4)2O2F的合成及电化学性能研究
资源丰富、价格低廉的钠离子电池（SIBs）有望成为新一代服务于大规模储能系统的储能设备。开发高性能的正极材料是构建高能量密度钠离子电池的重要一步。其中，Na3V2(PO4)2O2F（NVPOF）因具有高度完整的结构、令人满意的工作电压以及突出的能量密度受到了广泛的关注。但是，较低的本征电导率限制了NVPOF的实际应用。在本文中，基于水热法合成NVPOF，探究最佳的水热工艺条件，并针对NVPOF导电性差的缺点，分别采用MXene纳米片、碳与之复合，以期获得电化学性能改善的电极材料。通过系统地测试与分析，取得以下主要成果： （1）水热合成的温度及时间梯度实验结果表明，当水热温度为180℃，水热时间为12h，合成出的纯相Na3V2(PO4)2O2F（p-NVPOF）产率最高、结晶性最好。p-NVPOF的微观形貌呈块状杂序堆叠，颗粒尺寸在2-4μm，电化学性能需进一步改善。 （2）以导电性优异、比表面积大的单层MXene纳米片作为NVPOF的生长衬底，基于水热法合成了NVPOF/MXene复合物。复合物保留了层状结构，NVPOF的晶粒尺寸趋向于纳米级。其中，MXene纳米片作为导电基体，提高了电极材料的导电性，纳米级的颗粒尺寸缩短了钠离子的扩散距离，电极材料的电化学性能得到了有效地改善，在1C的电流密度下可以给出105.7mAhg-1的可逆容量，100圈循环过后容量没有衰减，同时倍率性能也得到提升。 （3）通过一步水热法实现了NVPOF生长在葡萄糖聚合形成的碳球上，再对产物进行氮掺杂碳层的包覆，制备出了碳球/Na3V2(PO4)2O2F/氮掺杂碳三明治结构正极材料（CS@NVPOF@NC）。内核的碳球与外层的碳层形成的三明治结构可以显著提高电极材料的电导率，促进钠离子的扩散，减小电极材料的体积变化。电极材料在1C的电流密度下给出了119.8mAhg-1的可逆容量，100圈循环后容量保持率可达96%。在500圈的高倍率循环过程中，平均每圈容量衰减仅为0.032%，展现了杰出的循环稳定性。
钠离子电池;正极材料;Na3V2(PO4)2O2F;MXene;三明治结构;电化学性能
合肥工业大学
硕士
材料物理与化学
蒋阳
2021
中文
TM912
2022-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）