钠、锂锰氧及其复合材料的设计、合成与钠电池性能研究

The low cost sodium battery is a new generation of green energy, which has relatively stable performance and high electrochemical properties. At present, the research about the sodium battery is relatively small, the development of sodium battery electrode materials and matching is currently is an urgent need to solve the problems. On the basis of the early research about the control synthesis of transition metal oxides and carbon composite materials, this project is aimed to design and synthesize sodium/lithium manganese with micro-nano structure by solvothermal synthesis, solid phase synthesis and in situ doping routes, and research the electrochemical behavior. Solvothermal and sol-gel methods will be established to obtain the manganese base precursors, and in situ doping routes can control the amount of sodium and lithium. Introduction other metal ions, can indirect regulate the proportion of sodium and manganese in materials, which increase the energy density of the material. In order to improve the matching degree, carbon materials will be introduced to the electrode materials by chemical doping. Sodium/lithium manganese materials can storage sodium and lithium, research and contrast the electrochemical behavior of sodium battery and lithium battery, choose the excellent battery system, combination the production technology of lead-acid batteries and lithium-ion batteries, cooperation with the battery makers and achieve the whole battery which assembled by the new materials.

钠电池成本低廉，具有相对稳定的电化学特性和较高的，是新一代绿色能源。目前，钠电池研究相对较少，开发钠电池电极材料并匹配正负极等是目前急需解决的问题。在前期控制合成过渡金属氧化物和碳复合电极材料的基础上，本申请旨在采用溶剂热、固相和原位掺杂等方法，设计合成微纳结构复合钠、锂锰氧电极材料，并研究材料在钠电池中的电化学行为。以溶剂热、溶胶凝胶法控制合成锰基前驱体，原位掺杂钠、锂等可控合成微纳结构钠、锂锰氧化物；引入其他金属离子，间接调节钠锰氧材料中钠锰比例，提高材料的能量密度；向正负极材料中化学掺杂引入碳材料，以提高正负极匹配程度。钠、锂锰氧电极材料兼具储钠和储锂性能，研究并对比材料在钠电池和锂电池中的电化学行为，筛选电化学性能优良的电池体系，结合并借鉴水相铅酸电池和有机相锂电池的生产技术路线，与电源厂合作开发新材料组装的钠电池体系。

钠电池是继锂电池之后，极具发展和应用潜力的新型能源存储装置。因钠源丰富，且理论能量较高，受到人们的普遍关注，因此钠电的电极材料成为研究工作者的攻关对象。本项目以钠锰氧材料和复合金属氧化物材料为重要研究对象，同时发展了新型金属配合物、硫化物等电极材料。主要研究内容如下：采用溶剂热、固相等制备线状、六角片状和多孔结构的锰氧化物前驱体，与钠源固相反应制备得到钠锰氧材料。其中六角片前驱体得到的板片式钠锰氧，首次放电比容量为186 mAh g-1，并具有较好的循环稳定性。金属氧化物的合成兼具钠电和锂电性能，由椭球型碳酸锰处理得到介孔二氧化锰材料，因为特殊的化学腐蚀过程，其比表面高达147.7 m2 g-1,同时研究其复合导电碳纳米管后的复合材料的电化学性能；运用特殊的高压密闭反应条件，一步反应制备得到碳复合的镁铁氧和四氧化三铁材料，分别检测其锂电和钠电性能，得到较好的电化学数据，在1C和2C的电流倍率下，电池循环1000次，依然保持较高的放电容量；另外，实验室开展制备新型材料以金属Co、Cd为配位中心的配合物作为锂电负极材料的研究，并取得优异的电化学数据。