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镍基O3型层状氧化物高电压下脱/嵌钠相转化反应界面稳定性及NaTi2(PO4)3高效稳定界面构筑
结题报告
批准号:
51902108
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
郑锋华
依托单位:
学科分类:
E0208.无机非金属能量转换与存储材料
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
高容量镍基O3型层状氧化物高电压下长循环稳定性差的问题严重制约其应用。通过前期研究,申请人提出相转化诱发内应力和表面敏感效应导致各相转化反应界面失效是O3-Na[Ni1-x-yMxNy]O2(M,N为Mn,Co,Ti,Fe其中任何一种元素;x+y<0.5)高电压下循环稳定性差的主要原因。本项目针对这一问题,通过原位XRD,原位拉曼和原位TEM表征技术系统研究高电压下循环过程中诱发内应力和表面敏感效应的变化规律及其对相转化反应界面稳定性的影响机制;提出通过NaTi2(PO4)3表面修饰O3-Na[Ni1-x-yMxNy]O2抑制相转化诱发应力以及表面敏感效应的新策略,阐明NaTi2(PO4)3表面修饰以及表面掺杂对电极高电压下长循环可逆性和稳定性的改善作用;引导开发出容量高和长循环稳定的正极材料,为钠离子电池高容量O3型层状过渡金属氧化物正极材料的基础研究和开发应用提供新思路。
英文摘要
The application of high capacity nickel-based O3 type layered oxide cathodes has been seriously restricted by the poor stability under high voltage for long cycles. Through previous studies, the applicant proposed that the interface failure of the phase transformation reaction due to the phase transformation induced internal stress and surface sensitivity effect is responsible for the poor reversibility of O3-Na[Ni1-x-yMxNy]O2 (M, N is any element of Mn, Co, Ti, Fe; x+y<0.5) under high voltage. In this project, in situ XRD, in situ Raman and in situ TEM characterization techniques were used to systematically study the variation rules of induced internal stress and surface sensitive effect under high voltage for long cycles and its influence mechanism on the interface stability of phase transformation reaction. A novel strategy-NaTi2(PO4)3 surface modified to suppress the phase transformation induced internal stress and surface sensitivity effect, has been proposed. The NaTi2(PO4)3 surface modification and surface doping for the enhancement of long cycles reversibility and cycleability of electrode at high voltage will be elucidated. It guide the development of cathode material with high capacity and long cycleability, and provide new insight for basic research and application of O3-type layer sodium compounds with high capacity for sodium ion batteries.
钠离子电池因为原材料储量丰富和成本低廉的优势,有望在大规模储能领域获得应用。但是,钠离子电池的商业化应用依然面临着一系列问题,如电极材料在高容量、高稳定性、安全性等方面难以兼顾,因此,高性能电极材料的制备和改性仍是研究的重点。正极材料作为钠离子电池重要组成部分,直接影响钠离子电池的电化学性能。为了构建高性能的钠离子电池,此本项目以镍,锰基层状氧化物为研究对象,通过原位XRD等检测手段研究材料的储钠机理,并设计和优化电极结构,以提高电极材料的电化学性能,具体研究内容如下:.1.在溶胶凝胶法合成Na[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2(NMNCO)的基础上,通过湿化学方法用NaTi2(PO4)3(NTP)对NMNCO进行了表面改性(NMNCO@NTP)。NMNCO@NTP作为钠离子电池的正极材料时,它在5 C倍率下循环500次后可提供105.1 mA h g-1的高可逆容量,容量保持率为84.3%。通过原位XRD技术、非原位TEM分析和第一性原理计算等检测手段,揭示了NTP表面改性对NMNCO电化学性能的影响。结果表明,NTP可以可以有效抑制NMNCO在脱嵌钠过程中的P2-O2相转变,从而提高材料的结构稳定性。此外,具有卓越离子导电性的NTP包覆层可以有效抑制有机电解液的侵蚀,确保稳定的反应界面。.2.采用MgFe2O4表面改性来提高Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 (P2-NaNM)的高电压循环性能。反尖晶石MgFe2O4具有介电性能特性。在外部电场的作用下,电介质中沿电场方向产生的感应偶极矩可以在表面产生极化电荷。因此,由电介质极化引起的电场可以在MgFe2O4和P2-NaNM之间的反应界面上稳定氧化的On-,抑制其体相向表面迁移。同时,MgFe2O4层可以抑制表面副反应。此外,Mg、Fe共掺杂抑制了P2-O2相变,稳定了体结构。基于这些优点,MgFe2O4涂层和Mg、Fe共掺杂可以提高P2-NaNM的高电压循环稳定性。.3.以硝酸锌为锌源,通过简单的湿化学法将Zn2+沉淀在NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2 (NaNFM)表面,真空干燥后退火后得到NaNFM@ZnO复合材料。原位拉曼测试结果表明,由于ZnO涂层抑制了循环过程中晶格氧析出。与此同时,由于ZnO有效抑制循环过程表面副反应。因此, NaNFM@ZnO的电化学性能比原始NaNFM电极材料有了明显提
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.cej.2021.132985
发表时间:2021-10
期刊:Chemical Engineering Journal
影响因子:15.1
作者:Yu Li;Lisan Cui;Chunlei Tan;Xiaoping Fan;Q. Pan;Youqi Chu;Sijiang Hu;F. Zheng;Hongqiang Wang;Qingyu Li
通讯作者:Yu Li;Lisan Cui;Chunlei Tan;Xiaoping Fan;Q. Pan;Youqi Chu;Sijiang Hu;F. Zheng;Hongqiang Wang;Qingyu Li
Stable surface construction of the Ni-rich LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 cathode material for high performance lithium-ion batteries
高性能锂离子电池富镍LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2正极材料的稳定表面结构
DOI:10.1039/d0ta08879j
发表时间:2020-11-07
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子:11.9
作者:Li, Yu;Tan, Chunlei;Li, Qingyu
通讯作者:Li, Qingyu
Nanoscale surface modification of P2-type Na0.65[Mn0.70Ni0.16Co0.14]O2 cathode material for high-performance sodium-ion batteries
高性能钠离子电池P2型Na0.65[Mn0.70Ni0.16Co0.14]O2正极材料的纳米表面修饰
DOI:10.1016/j.cej.2020.126446
发表时间:2021-01
期刊:Chemical Engineering Journal
影响因子:15.1
作者:Qiang Deng;Fenghua Zheng;Wentao Zhong;Qichang Pan;Yanzhen Liu;Youpeng Li;Yijuan Li;Junhua Hu;Chenghao Yang;Meilin Liu
通讯作者:Meilin Liu
Enhancing the Electrochemical Performance of a High-Voltage LiNi(0.5)Mn(1.5)O(4)Cathode in a Carbonate-Based Electrolyte with a Novel and Low-Cost Functional Additive
使用新型低成本功能添加剂提高碳酸盐基电解质中高压 LiNi0.5Mn1.5O4 正极的电化学性能
DOI:10.1002/chem.202001870
发表时间:2020
期刊:CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL
影响因子:4.3
作者:Tan Chunlei;Wang Na;Pan Qichang;Li Yan;Li Yu;Ji Qiannan;Fan Xiaoping;Zheng Fenghua;Wang Hongqiang;Li Qingyu
通讯作者:Li Qingyu
Constructing an interface synergistic effect from a SnS/MoS2 heterojunction decorating N, S co-doped carbon nanosheets with enhanced sodium ion storage performance
构建具有增强钠离子存储性能的N、S共掺杂碳纳米片的SnS/MoS2异质结的界面协同效应
DOI:10.1039/d0ta08858g
发表时间:2020-11-21
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子:11.9
作者:Cui, Lisan;Tan, Chunlei;Li, Qingyu
通讯作者:Li, Qingyu
钠离子电池镍基O3型层状氧化物正极材料的热释电涂层构筑及其抑制晶格氧析出的机理研究
  • 批准号:
    52362027
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    32万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    郑锋华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金