人工晶体学报

作者：刘辉, 闫共芹, 蓝春波, 张子杨

单位：广西科技大学机械与汽车工程学院,柳州 545616

关键词：钠离子电池正极材料,溶胶-凝胶法,Cu掺杂,Na0.67Ni0.33Mn0.67O2,层状氧化物,循环稳定性,

基金：广西自然科学基金(2020GXNSFAA159024)

通过溶胶-凝胶法制备了一系列形貌规则、表面光滑的Cu掺杂层状P2型Na0.67Ni0.33-xCuxMn0.67O2(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)。采用SEM、XRD、EDS、XPS对材料进行了形貌、结构和成分表征。将材料用作钠离子电池正极材料,采用循环伏安法、恒流充放电法研究了其电化学性能,获得了最佳掺杂比例。研究发现,掺杂未改变材料的层状结构和形貌,通过Cu掺杂引入了高电化学活性的Cu2+作为取代基,增加材料的表面活性储钠位点,材料表现出良好的循环稳定性和倍率性能。在2.0~4.3 V的电压范围和0.1 C的倍率下,Cu掺杂比例x=0.15时Na0.67Ni0.18Cu0.15Mn0.67O2的初始放电比容量为126.74 mAh/g,100次循环后容量保持率为79.10%,与未掺杂材料相比提高了50.92%。材料电化学性能的增强可归因于Cu2+插入过渡金属层,由于Cu2+(0.73 )的半径大于Ni2+(0.69 ),过渡金属层间距扩大,为Na+扩散提供了通道,进而提高了Na+扩散速率。当充电到高压时可抑制Na+脱/嵌过程中Na+空位的产生,从而稳定材料的晶体结构并抑制材料发生P2-O2相变,提高了材料的循环稳定性。

来源：2024年第1期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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