• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2020, Vol. 56 ›› Issue (10): 117-126.doi: 10.3901/JME.2020.10.117

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多金属共掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2钠离子电池正极材料及电化学性能优化机理研究

张远朋, 赵方晖, 张国举, 杨洁, 段连峰   

  1. 长春工业大学材料科学与工程学院 长春 130012
  • 收稿日期:2019-11-12 修回日期:2020-02-20 出版日期:2020-05-20 发布日期:2020-06-11
  • 通讯作者: 段连峰(通信作者),男,1981年出生,教授,博士研究生导师。主要研究方向为新能源材料与器件。E-mail:duanlf2011@sina.cn
  • 作者简介:张远朋,男,1992年出生,硕士研究生。主要研究方向为钠离子电池正极材料。E-mail:1254872292@qq.com;赵方晖,女,1994年出生,硕士研究生。主要研究方向为钠离子电池正极材料。E-mail:354498523@qq.com;张国举,男,1995年出生,硕士研究生。主要研究方向为钠离子电池负极锡基合金的制备及电化学性能。E-mail:1486512008@qq.com;杨洁,女,1995年出生,硕士研究生。主要研究方向为柔性锂硫电池。E-mail:1561103091@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(61774022)。

Preparation of Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2 as Cathode Material for Sodium Ion Battery by Multi-metal Substitution and Electrochemical Performance

ZHANG Yuanpeng, ZHAO Fanghui, ZHANG Guoju, YANG Jie, DUAN Lianfeng   

  1. Department of Materials Science and Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012
  • Received:2019-11-12 Revised:2020-02-20 Online:2020-05-20 Published:2020-06-11

摘要: 利用简单的水热结合煅烧法制备Na0.91MnO2,并以此为前驱体材料,在相同条件下进行Ni掺杂制备Na0.67Mn0.67Ni0.33O2纳米颗粒有效地提高了比容量。进一步地,又对Na0.67Mn0.67Ni0.33O2进行Co掺杂制得Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2,发现得到的电极材料具有更高的循环稳定性。通过微观结构及成分分析所合成的样品成分均一、形貌均匀,粒径大约300 nm。其中Ni、Co共掺杂的Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2在电流密度0.1C时,首次充、放电比容量均为160 mA·h·g-1以上,经过200次循环的放电比容量保持在120 mA·h·g-1。电流密度1C时可逆容量可达到90 mA·h·g-1。研究表明,通过Ni的掺杂提高了纳米颗粒的比容量,Co掺杂可提高电极材料的钠离子扩散系数,减小电荷转移阻抗,双掺杂可有效提高电极材料的比容量、倍率与循环性能。

关键词: 锰酸钠, 多金属掺杂, 钠离子电池, 正极材料, 钠离子扩散

Abstract: The nanoparticles of Na0.67Mn0.67Ni0.33O2 and Co-Na0.67Mn0.67Ni0.33O2 are prepared by co-doping multi-metal Ni and Co with Na0.91MnO2 though the simple hydrothermal combined calcination method, and their electrochemical properties are optimized as cathode electrode materials for sodium ion batteries. The prepared particles with the size about 300 nm have been the uniform composition and uniform morphology. As the cathode for sodium ion batteries, the initial charge and discharge capacity of Na0.67Mn0.67Ni0.33-xCoxO2 are above 160 mA·h·g-1at 0.1C, and the capacity remained at 120 mA·h·g-1 after 200 cycles. It shows that the Ni and Co ions are located in the transition metal sites could improve the specific capacity of nanoparticles (Ni) and increase the sodium ion diffusion of electrode materials (Co). The synergetic effects of Co and Ni substitution could effectively improve the specific capacity, rate and cycle performance of the cathode for sodium ion batteries.

Key words: sodim manganate, multi-metal substitution, sodium ion battery, cathode material, sodium ion diffusion

中图分类号: