【摘 要】
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工业推动着社会蓬勃发展,其中能源作为工业粮食,相关研究的重要性和必要性不言而喻。积极开发可再生能源虽是老生常谈的话题,其中涉及可再生能源的开发及应用,能源储存的问题始终是其避不开的阻碍之一,探究可行且高效的储能方式刻不容缓。如今电池储能作为高效的储能方式备受关注,锂电储能又在多种电池储能方式中具有巨大优势;与此同时,归因于锂价格上涨及储备略少等问题,作为可能替代物的钠离子电池的相关研究也吸引了诸多
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工业推动着社会蓬勃发展,其中能源作为工业粮食,相关研究的重要性和必要性不言而喻。积极开发可再生能源虽是老生常谈的话题,其中涉及可再生能源的开发及应用,能源储存的问题始终是其避不开的阻碍之一,探究可行且高效的储能方式刻不容缓。如今电池储能作为高效的储能方式备受关注,锂电储能又在多种电池储能方式中具有巨大优势;与此同时,归因于锂价格上涨及储备略少等问题,作为可能替代物的钠离子电池的相关研究也吸引了诸多目光。在考虑到过渡金属类材料时,镍基材料在锂电及钠电研究中的地位均举足轻重,本文立足于镍基材料的相关研究,以共沉淀法和电化学交换法作为手段制备四组镍基钠离子正极材料:NaxLiyNi0.6Co0.2Mn0.2O2（x=0.8,y=0.2与x=0.5,y=0.5）,以及Na0.8Li0.2Ni0.5Co0.2Mn0.3O2、Na0.8Li0.2Ni0.8Co0.1Mn0.1O2。就性能而言,几种材料的初始比容量尚可,容量保持率均有待提升,结果表明几种材料作为钠电材料的可行性得到了证实。本文中,研究工作可概述为如下三部分:（1）经共沉淀辅以煅烧制备球形LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。经SEM形貌测试分析,LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2在高倍电镜下基本呈球形,粒径均在2～4μm的范围内。XRD结果显示,所制备材料为层状结构,峰尖锐,具有良好的结晶度,利于锂离子脱嵌及电池的充放电;对其晶胞参数进行分析表明其各项参数也符合该类材料的基本要求。在2.7-4.3 V电压和0.2 C电流下,电池的首圈放电比容量为166.8 m Ah·g-1,200圈循环后衰减为68.5 m Ah·g-1。（2）采用之前制备的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为原料,以电化学交换法控制充电容量为0.8及0.5倍理论容量。经过Li+-Na+交换,先脱出Li+再嵌入Na+,NaxLiyNi0.6Co0.2Mn0.2O2（x=0.8,y=0.2与x=0.5,y=0.5）正极材料得以制备。经XRD分析,基本的特征峰位得以保留,表明材料保留了原有的层状结构。本章中材料测试在3.75-2 V电压和0.1 C电流下进行,Na0.8Li0.2Ni0.6Co0.2Mn0.2O2的首圈放电比容量为111.8 m Ah·g-1,材料经100次充放电循环后的容量保持率为74.8%;而Na0.5Li0.5Ni0.6Co0.2Mn0.2O2的首圈放电比容量为89.5 m Ah·g-1,其100次充放电循环后的容量保持率为58.3%。该镍基材料作为钠电材料的可行性得到了验证。（3）基于上一章工作,采用购置的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料,采用电化学交换法,控制充电容量为0.8倍理论容量,经Li+-Na+交换制备了Na0.8Li0.2Ni0.5Co0.2Mn0.3O2和Na0.8Li0.2Ni0.8Co0.1Mn0.1O2材料。XRD分析表明材料保留了原有结构。组装电池后,在3.75-2 V电压和0.1 C电流下进行电化学性能测试,Na0.8Li0.2Ni0.5Co0.2Mn0.3O2材料的首圈放电比容量为125.4 m Ah·g-1,其100圈充放电后的容量保持率为70.7%;而另一种材料Na0.8Li0.2Ni0.8Co0.1Mn0.1O2的首圈放电比容量为132.3 m Ah·g-1,其100次循环后的容量保持率为52.0%。两种材料作为钠电正极材料的可行性得到了证实。
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