摘要
P2型层状过渡金属氧化物正极材料因为其较高的理论比容量、制备工艺简单和绿色环保等优点而备受广大科研工作者的关注，被认为是最具有商业化前景的钠离子正极材料之一。然而，钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的应用仍面临一些挑战。由于钠离子较大的半径导致钠离子在脱嵌的过程中对材料的结构造成破坏以及在循环过程中电极材料与电解液发生副反应，导致材料存在离子扩散速率低下、循环稳定性差和倍率性能较差等问题。为了解决这些问题，本文通过调控电压窗口、表面包覆和元素取代的方法成功实现电化学性能改进。本文采用的创新策略如下： （1）采用溶胶凝胶法制备了新型P2-Na0.67Ni0.1Fe0.1Cu0.1Mn0.7O2正极材料，通过调控电压窗口避免P2-O2相变，实现了电池稳定循环。材料在2.0-4.0V的电压范围及20mAg-1电流密度下能提供115mAhg-1初始放电比容量，在20mAg-1和200mAg-1电流密度下100次循环后其容量保持率分别为93.5%和93.3%。在2.0-4.0V电压下材料在1000mAg-1电流密度下仍有65mAhg-1的比容量，并且材料从20mAg-1到1000mAg-1进行了倍率性能测试，当电流密度恢复至20mAg-1时其比容量能够达到初始容量的99.0%。 （2）为了进一步解决P2-Na0.67Ni0.1Fe0.1Cu0.1Mn0.7O2材料在高电压窗口下的相变问题，通过简单的低温烧结包覆法成功制备了一系列氧化物包覆原材料NaNFCM的改性材料，成功的用低温烧结包覆法将氧化物均匀的包覆在层状氧化物正极材料表面，并且通过测试发现氧化镁包覆的材料性能最佳。包覆改性的材料NaNFCM@MgO-0.05材料20mAg-1电流密度下能提供147.1mAhg-1初始放电比容量,且该材料在200mAg-1的电流密度下循环100圈后有83.7%的容量保持率。同时材料拥有良好的倍率性能，当电流密度从1000mAg-1恢复至20mAg-1时NaNFCM@MgO-0.05材料比容量能够达到初始容量的97.5%。 （3）采用溶胶凝胶法合成了P2-Na0.67Ni0.1Fe0.1Cu0.1Co0.1Ti0.1Mn0.5O2钠离子电池正极材料，钴钛共取代不仅能稳定材料的晶体结构，还能抑制高电压窗口下的P2-O2相变。在200mAg-1电流密度下进行100次循环后，钴钛共取代材料NaNFCMCT的容量保持率为91.7%，在1000mAg-1的电流密度下，NaNFCMCT共取代材料的容量接近90mAhg-1，并且在20mAg-1电流密度下有118mAhg-1左右的初始放电比容量。
NETL