锰酸钠的表面优化及石墨的改性研究

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随着绿色环保越来越成为时代的主旋律,离子电池受到的关注地位也逐步攀升。离子电池中的钠离子电池有着非常大的发展空间,吸引了大量的能源学者的目光。其中正负材料是限制钠离子电池发展的主要因素,因此提高钠离子电池正负极材料的性能是刻不容缓的事情。锰酸钠(NaxMn Oy)因为其组成的元素都是资源丰富的元素,凭借无毒,安全等优点成为了当下钠离子电池正极材料的代表材料之一。然而作为钠离子电池材料,不仅因为固有的钠离子半径过大会对它的性能和充放电中离子的移动有所影响外,该材料本身表面也附着着大小不一的氧化物颗粒,使得钠离子脱嵌/嵌入受到更多的阻力,此外,在充放电之后形成的固体电解质界面(SEI)膜也会更多,这都是当下应当解决的难题。表面处理和掺杂是提高材料性能的两种常见方法,通过表面处理使得表面变得均匀或者引入掺杂元素来提高材料的循环和充放电能力。在本论文中,通过固相混合法合成了含有少许杂相的片状堆叠结构的Na0.7Mn O2.05,通过调控不同的温度形成三种化合物,分别有着650℃、750℃、850℃,根据他们的X射线衍射仪测试得出的结果的分析,选择杂相最少的650℃形成的化合物利用Cu(NO32形成的水溶液对Na0.7Mn O2.05进行湿化学法处理,再分别将处理前后的Na0.7Mn O2.05通过XRD、SEM、EDS、TEM等表征测试验证了没有改变Na0.7Mn O2.05原本的结构,同时经过处理后颗粒引入了Cu离子,并且在没有变化颗粒大小的前提下使得表面变得光滑,在经过充放电循环等电化学行为测试后发现,在2V-3.6V的电压区间内,电流为50、100、250、500、1000m A/g下未处理的Na0.7Mn O2.05仅有着70.3、51、41.6、32.2、22.5m Ah/g,而经过湿化学法处理后的Na0.7Mn O2.05可以得到123、106.2、94.4、79、62.5m Ah/g的数据,并且处理后的Na0.7Mn2.05在循环之后仍旧可以保持原始放电比容量的99.5%。再通过EIS测试,50圈的充放电循环前后处理前的Na0.7Mn O2.05都具有着更大的电阻。在负极材料的研究中,主要针对碳基材料在比容量较低方面的问题。就不大量增加成本的情况下提升它的比容量,本论文中将石墨置于行星式球磨机中研磨成石墨烯纳米片,再通过SEM等测试观测出石墨被打成了小片,同时层数也有所变薄,这使得它比表面积明显增大。经过电池充放电循环测试可以看出来,在0-3V的电压区间内,石墨烯纳米片在0.1C电流下的比容量由石墨的372m Ah/g增加到了1242.3m Ah/g,又分别对石墨烯纳米片进行了不同温度的加热以及盐酸和氨气的处理,在同样环境下测试发现了低温热处理后的石墨烯纳米片有着最佳的材料性能。另外还对石墨的膨胀制备蠕虫石墨进行了研究分析,研究了石墨膨胀的机理,本论文研究结果表明了,利用Cu(NO32形成的水溶液的湿化学法处理固相方法下以650℃合成的Na0.7Mn O2.05可以使得材料颗粒表面光滑,并且提升材料的电化学性能,对石墨进行球磨再低温热处理处理后,材料的比表面积增大,比容量增大,而且改性石墨有着巨大的潜力。
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