摘要
随着可再生能源的快速发展，相应的大规模储能设备研发和使用也迫在眉睫。锂离子电池因为能量密度高、安全性能好、循环寿命长等优点在便携式电子产品与电动汽车中被广泛应用。然而受到锂资源分布和储量的限制，大规模储能领域不能以锂离子电池为储能主体，因此必须发展锂离子电池的替代储能技术来支持其可持续发展。钠离子电池具有钠储量丰富、成本价格低廉、综合性能优异等特点，可以满足大规模储能领域成本低廉、安全无污染等要求，并且可以与锂离子电池相互补充，同时逐步替代低能量密度的铅酸电池，在新型的大规模储能领域扮演举足轻重的角色。基于此，本文探索了一种低成本的钠离子电池正极材料： (1)为了改善磷铁钠矿型NaFePO4的电化学性能，本论文首次将烧结温度降低到350摄氏度来获得准无定形的活性材料，使得比容量明显提升。进一步将低温烧结的磷铁钠矿型NaFePO4材料与一定比例的导电炭黑通过简单的球磨混合获得无定形的复合物NaFePO4/C，有效的降低了材料的颗粒尺寸并且提高了材料的导电性能，大幅的改善了材料的倍率性能与长循环性能，半电池在7C倍率下循环1000周容量保持率为75.4%。以NaFePO4/C作为正极，硬碳作负极组装的全电池，在1C倍率下循环50周后容量保持率为62.5%。该方法与其它合成无定形磷酸铁钠的方法相比简单易操作，更易于工业生产。然而，NaFePO4/C复合材料有电压滞后现象，需要进一步优化。 (2)尝试通过锰元素掺杂来改善NaFePO4/C复合物的电压滞后现象。研究发现，Mn元素与Fe元素可以无限互溶，随着锰元素的增多，材料的颗粒尺寸变大，比容量降低，电化学性能不及原始材料，电压滞后现象无改善。 (3)尝试通过原位碳包覆的方式合成C@NaFePO4，来改善电压滞后的现象。在降低无定形NaFePO4/C复合物中碳含量的同时，提升电极材料的电子电导率。其充放电曲线与无定形的NaFePO4/C明显不同，电压滞后现象明显改善，在1.5-4.5V区间以10C的电流密度下循环250周后，容量保持率为初始放电比容量的78.7%，材料循环与倍率性能得到明显提升，其充放电比容量有待进一步提高。
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