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【本刊精选】《钠离子电池锰酸钠系正极材料的研究进展》

论文品鉴  Paper traits

【本刊精选】《钠离子电池锰酸钠系正极材料的研究进展》

来源:
《电源技术》编辑部
发布时间:
2019/07/18
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201903期刊载了西南科技大学马小玲女士的文章钠离子电池锰酸钠系正极材料的研究进展

该文章主要内容:在钠离子电池的正极材料中,锰酸钠系正极材料具有成本低、无毒和比容量较高等优点。

该文主要值得注意的要点:

1锰酸钠正极材料的结构O3型结构和P2结构

2介绍了一元和多元体系锰酸钠正极材料

摘抄该文部分内容如下

钠离子电池与锂离子电池具有相同的原理和结构钠离子电池充电示意图1

1 钠离子电池充电示意图

1 锰酸钠正极材料的结构

层状NaxMnO2的结构由Mn-O八面体,通过共边形成层状结构,不同取向的层沿c轴方向排列,Na+位于层间。NaxMnO2的主要结构有On型和Pn型,O代表Na+位于八面体结构中,P表示Na+位于三棱柱位置;n表示单位晶胞中MnO2的层数(n=123)。常见NaxMnO2电极材料的为O3型结构和P2结构[4]

O3型结构,Na+按八面体紧密堆积,见图2

P2型和O3型Nax[Fe1/2Mn1/2]O2电极材料组装电池的循环性能见图3

六方水钠锰矿层状结构,见4 [6-7]

2 锰酸钠正极材料研究现状

2.1 一元NaxMnO2材料

NaxMnO2材料中,Na的含量将影响材料的结构,从而影响材料的电化学性能。Yang等人[8]Na2CO3Mn(CH3CO2)24 H2O为原料,加入水中混合均匀后,在250 保温12 h后,将醋酸盐分解掉,接着在600 保温1 h,制备了NaxMnO2+δx = 0.40.50.60.71.0δ=00.3)。研究发现x=0.4时,具有隧道结构的单斜钡硬锰矿Na0.4MnO2被观察到;x=0.5时,试样中有部分层状的P2型结构生成;当x=0.60.7时,试样的晶体结构为P2型;当x=1.0时,试样中除P2型的物质外,还含有不纯的Na0.91MnO2。研究发现Na0.6MnO2+δNa0.7MnO2+δ具有较好的充放电容量和循环性能。在电压范围为2.04.3 V、放电电流为25 mA/g时,Na0.6MnO2+δ循环第二次后的放电容量为188 mAh/g ,循环40次后,容量保持率为77.9%Na0.7MnO2+δ循环第二次后放电容量为176 mAh/g,循环40次后,容量保持率为85.5%。当充放电电流为250 mA/g时,Na0.7MnO2+δ循环40次后,容量为107 mAh/g。

Song [9]用碘化钾还原高锰酸钾钠,再在600 煅烧后,得到了P2Na0.53MnO2+d,在电压范围为1.03.2 V、放电平台为2.1 V,初次放电容量为170 mAh/g。

Guo [7]0.6 mol的NaOH 2 mol的H2O2混合,快速0.3 mol的Mn(NO3)2溶液中,快速搅拌30 min,将得到的沉淀和2 mol的 NaOH溶液移入到120 mL内衬为Teflon的不锈钢的高压釜中,在150 保温16 h。过滤、洗涤,烘干后得到具有水钠锰矿结构的NaMn3O5n H2O,在200 ℃条件下脱水1 h后,得到NaMn3O5。在电压范围为1.54.7 V,层状的NaMn3O5与金属钠组成对电极Na/Na+时,放电容量为219 mAh/g,为目前放电容量最高的锰酸盐电极材料,但其循环性能较差,循环20次后,容量保持率仅为70%(不同层状锰酸钠电极材料的放电容量和能量,示于图5)。

为改善材料的性能,常将其进行纳米化。Su等 [10](NH4)2S2O81 mmolMnSO4∙H2O溶于20 mL去离子水中,搅拌均匀后,得到透明溶液,加入0.5 mmol Na2SO4,搅拌后,加入到Teflon不锈钢高压釜中,在220 ℃条件下保温6 h,通过水热法制备了单晶Na0.7MnO2纳米颗粒,颗粒长500 nm,宽200 nm。组装成电池后,理论容量为170 mAh/g,实际放电容量达163 mAh/g。

2.2 多元NaxMnO2材料

虽然NaxMnO2材料具有较好的性能,但其电化学性能还需提高,主要因为电容量较低;Jahn-Teller效应使材料的循环性能较差,为改善材料的性能,常通过掺入其它元素,改善材料结构,减小Jahn-Teller效应,从而改善其电化学性能。

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