电化学钠离子电池正负极材料的制备与性能研究

摘要

随着可再生能源的快速发展，钠离子电池因其资源丰富、成本低廉的优势，成为下一代储能技术的研究热点。本研究针对钠离子电池正负极材料展开探索，以钛酸钠（Na2Ti3O7）为负极材料，通过调控煅烧时间（5 h、10 h、16 h）优化其电化学性能；以锰基氧化物NaMnO2为正极基质，通过 Fe/Cu 掺杂改性（NaMn0.8Fe0.1Cu0.1O2、NaMn0.94Fe0.03Cu0.03O2、NaMn0.98Fe0.01Cu0.01O2）提升其循环稳定性和倍率性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）、恒电流间歇滴定技术（GITT）及 X 射线光电子能谱（XPS）等手段，系统分析材料的微观结构、晶体结构与电化学性能的关联。实验发现，煅烧时间通过调控钛酸钠的孔隙率和层间距影响钠离子传输动力学，而 Fe/Cu 掺杂可通过晶格畸变调节 Mn 离子价态演变路径。5 h 煅烧的钛酸钠负极在 200 次循环后容量保持率达 82.7%，20 次循环高倍率下容量为 101.64 mAh/g；NaMn0.8Fe0.1Cu0.1O2正极在 0.1C 倍率下初始放电容量 173.87 ，50 次循环后容量保持率 85.2%。本研究提出“孔隙率 - 离子扩散耦合”假说及“掺杂浓度 - 晶格畸变阈值”规律，为钠离子电池正负极材料的优化提供了实验依据与理论参考。关键词钠离子电池；钛酸钠；锰基氧化物；煅烧时间；掺杂改性；孔隙率；晶格畸变【作者简介】龚雨豪（2004-），男，中国重庆人，本科，从事电化学领域研究。