摘要
在“双碳”政策下，越来越多的研究学者重视能源危机，研发清洁能源迫在眉睫。当前，钠离子电池因其在大规模储能领域的潜在应用和资源优势而备受关注。磷酸盐类正极材料具有良好的结构稳定性和电化学性能，表现出实际应用的潜力。本论文致力于开发基于Fe、Mn等无毒且成本低廉的磷酸盐类钠离子电池正极材料，通过改变材料的成分、结构来优化电化学性能。 (1)NaFePO4材料具有高理论容量、低廉的成本、出色的安全性以及无毒性，被视为极具潜力的正极材料候选者。本文通过在磷铁钠矿型NaFePO4合成过程中引入少量的Li来取代Na制备热力学稳定且具有良好电化学活性的NaFePO4复合材料，并探索了材料烧结温度及锂含量对材料电化学性能的影响。发现随着Li元素的引入，磷铁钠矿型NaFePO4转变为磷铁钠矿型NaFePO4和橄榄石型LiFePO4的复合相。经500℃烧结处理后得到的复合材料NaFePO4/LiFePO4(3∶1)表现出最优性能，在1C放电倍率下可逆比容量达到106.8mAhg-1，并且100次循环后保持率为90.5%。与导电炭黑一起球磨后，形成NaFePO4/LiFePO4(3∶1)/C复合材料，可进一步提升电化学性能，1C放电倍率下可逆比容量达到116.8mAhg-1，并且100次循环后保持率为93.5%。经过对比后选用生物质硬碳HC-1550℃作为全电池负极，1MNaPF6(DEC:PC:EMC)作为全电池的电解液与NaFePO4/LiFePO4(3∶1)/C组装成全电池，在1C放电倍率下可逆比容量达到118.7mAhg-1，并且经过200次循环后保持率为81.8%，为NaFePO4材料的商业应用提供了潜在可能性。 (2)由于复合材料NaFePO4/LiFePO4材料依然存在动力学性能差的问题，本研究探索了以Fe元素作为掺杂元素对其进行改性。通过对Na4MnAl(PO4)3进行Fe掺杂，发现Fe2+的加入可以提升首周库伦效率、长循环性能和倍率性能。经过电化学测试，发现当Fe掺杂比例为0.4时，材料Na4Mn0.6Fe0.4Al(PO4)3的电化学性能最优，其40周循环后的容量保持率达到了54.9%，1C高倍率下的容量保持率为73.1%，首周库伦效率高达107.5%。然而，当Fe掺杂比例超过0.4时，材料出现团聚情况，电化学性能下降。综合各项测试结果表明，当Fe掺杂比例为0.4时，材料的整体电化学性能表现最佳。
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