高倍率和长循环稳定性钠离子电池正极材料Na_(0.85)Ni_(0.3)Fe_(0.2)Mn_(0.5)O_(1.95)F_(0.05)@CuO的性能研究OA北大核心CSTPCD

传统钠离子电池铁锰基正极材料具有价格低廉、理论比容量和工作电压高的优势,受到了广泛和深入的研究,但是铁锰基层状氧化物在充放电时晶体结构会发生不可逆相变,容量和循环稳定性会迅速衰退,不利于大规模应用和发展。针对这种问题,本工作采用阴离子F^(-)掺杂和金属氧化物CuO包覆制备出P2/O3混合相Na_(0.85)Ni_(0.3)Fe_(0.2)Mn_(0.5)O_(1.95)F_(0.05)@CuO铁锰基正极材料,并分析了不同包覆温度下材料的电化学性能。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量分散谱(EDS)显示CuO对材料表面实现了致密均匀包覆,非原位X射线衍射分析(ex-situ XRD)结果表明材料在充放电过程中未出现不可逆相变,晶体结构保持良好。Na_(0.85)Ni_(0.3)Fe_(0.2)Mn_(0.5)O_(1.95)F_(0.05)@CuO-800材料在2.0~4.2 V时首次放电容量为122.7 mAh/g,100圈循环后容量保持率为72.62%;在5C和10C大倍率充放电电流密度下经过200圈和800圈循环后放电比容量仍达到75 mAh/g和60 mAh/g,容量保持率为82%以上。结果表明F^(-)掺杂形成的强TM—F键以及均匀致密包覆的CuO层保持了材料晶体结构的稳定性,抑制了不可逆O2相的产生,减少了电极材料与电解质之间副反应的发生,避免了因过渡金属离子的溶解造成正极材料剥落。本工作显著提升了材料在高倍率下的长循环性能,为高倍率和长循环稳定性的铁锰基正极材料设计提供了依据。