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P2型层状氧化物正极材料由于其能量密度高、种类丰富、合成方法简单与环境污染小等优势,被认为是最具有发展前景的钠离子电池正极材料之一。然而,由于钠离子较大的离子半径与较重的质量,因此P2型层状氧化物正极材料在脱/嵌钠的过程中具有较差的结构稳定性与迟滞的钠离子扩散动力学,这导致了P2型层状氧化物材料循环性能与倍率性能较差。此外,在循环过程中电极材料与电解液的一些副反应同样会影响材料的电化学性能。为了解决P2型层状氧化物材料作为钠离子电池正极材料时所面临的这些问题,本文通过形貌调控、离子取代与表面包覆等策略成功地改善了这些状况,提高了P2型层状氧化物正极材料的电化学性能。本文的采用的创新策略如下:(1)通过水热法以及随后的两次烧结过程成功合成了P2型10 mol%F-Na0.67Li0.1Fe0.4Mn0.5O2微球材料。微球形貌比表面积相对较小的特点能够有效的减少材料与电解液的接触面积,从而减少活性材料与电解液之间的副反应,此外,锂与氟的引入能够维持材料的结构稳定性。因此该材料表现出优异的电化学性能,在20 m A g-1的电流密度下可放出182.0 m Ah g-1的初始比容量,在50次循环后容量保持率可达90.0%,并具有出色的倍率性能,在400 m A g-1的电流密度下放电比容量仍有128.7 m Ah g-1。(2)通过溶胶凝胶法以及后续的湿法包覆制备了体相Mg取代与表面Na Ti2(PO4)3包覆的P2型Na0.67Ni0.28Mg0.05Mn0.67O2材料。研究发现,Mg取代可以稳定材料的体相结构并扩大层间距,NASICON型Na Ti2(PO4)3包覆层可以稳定材料与电解液的相界面,防止Na PF6型电解液中HF的侵蚀并促进Na+在正极与电解质界面上的迁移。此外,Mg取代和Na Ti2(PO4)3包覆还可以抑制颗粒破裂和剥落。电化学性能测试结果表明,该材料具有出色的循环性能,其在1 C的倍率下经历200次循环后容量保持率为77.4%,该材料的倍率性能也十分优异,在5 C的倍率下仍有106.8 m Ah g-1放电比容量。(3)通过溶胶凝胶法以及高温烧结合成了一系列Mn位点Ti取代的P2型Na0.67Ni0.33Mn0.67-xTixO2(x=0,0.1,0.2,0.3)材料。研究表明钛取代可以减少材料在循环过程中的体积变化从而抑制颗粒裂纹的形成,这能减少高压下活性材料与电解液的接触面积从而减少了材料与电解液间的一些副反应,此外,钛取代可以扩大层间距,同时还能抑制Na+/空位有序与P2-O2相转变,维持材料的结构稳定。因此,钛取代的材料表现出了优秀的电化学性能,尤其是Na0.67Ni0.33Mn0.47Ti0.2O2在1 C的倍率下循环200次后容量保持率为70.2%,在10 C的高倍率下仍有51.9 m Ah g-1的放电比容量。