探究锡在钠离子电池层状铬基正极材料中的作用

作者：卞静静; 褚世勇; 奚凯颖; 郭少华^*; 周豪慎^*

来源：储能科学与技术, 2020, 9(02): 385-391.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0006

• 钠离子电池
• 层状正极
• 钠铬氧化物
• 锡掺杂

当今社会,人类对电子产品越来越依赖,因此,对电化学储能这项技术的需求也日益剧增。迄今,广泛应用的锂电池具有高的能量密度等优点,但是它的发展受限于越来越少的锂储量。钠离子电池的潜在应用有望解决这一问题,钠在地球中的储量丰富、分布广泛、价格低廉,并且与锂有相似的物理化学性质,可以作为锂的替代材料应用于电池中。在层状铬酸钠(NaCrO2)基础上发展的正极材料具有原料丰富、合成条件简单、成分可控等优点。但充电到高电压后,铬离子会从过渡金属层迁移到钠层中,铬酸钠的结构会发生不可逆结构转变,最终导致电池容量衰减。本研究通过向铬酸钠中掺入离子半径较大的锡(Sn)生成一种新的层状材料Na0.7Cr0.85Sn0.15O2。对材料进行X射线衍射分析和扫描电子显微镜表征,以及一系列的电化学测试和反应动力学测试,结果证明掺杂后的材料有平滑的电压曲线和稳定的晶体结构,并且缓解了容量的严重衰减,提高了循环稳定性。新型层状材料还具有更小的阻抗和极化,动力学性能更优异。此外,掺杂后的材料的空气稳定性也有很大提高。这种新型的层状铬基氧化物正极材料有望为钠离子电池正极材料的发展提供一个新的选择。

• 单位
  固体微结构物理国家重点实验室; 南京大学