钠离子电池用非晶FePO4正极材料的有序/无序化调控及其电化学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，锂离子电池（Lithium-IonBatteries, LIBs）是现代高性能的储能设备，由于其高能量和功率密度，越来越多地用于便携式电子产品和电动汽车。然而，随着能源危机的日益严重，LIBs的广泛应用面临着制备和成本的严峻挑战^[1]。使用钠离子电池（Sodium-Ion Batteries,SIBs）作为替代引起了人们极大的兴趣^[2]，因为Na和Li的插层化学性质相似^[3]，且有着资源丰富、价格低廉等特点^[4]，成为储能领域的研究热点，然而由于钠离子具有较大的离子半径和较慢的动力学速率^[5]，制约了钠离子电池的发展。钠离子电池的电化学性能主要取决于电极材料的结构和性能，通常认为正极材料的性能（如比容量、电压）是决定钠离子电池的能量密度、安全性、循环寿命等的关键因素^[6-8]。正极材料主要包括：1、金属氧化物，分为单金属氧化物和多元金属氧化物；2、聚阴离子类化合物，分为磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐及氟代硫酸盐；3、金属氟化物，主要是氟化钙钛矿型材料；4、普鲁士蓝类^[9]。

磷酸盐材料以磷氧多面体（PO）与金属氧化物多面体（MO）通过共边或共顶的形式连接形成多面体框架，Na 分布于网络的间隙中，因此磷酸盐材料具有非常稳固的框架并具有高的热稳定性，具有潜在的高循环性和安全性。常见的磷酸铁基钠离子电池正极材料有两种晶型：磷铁纳矿型和橄榄石型。研究表明，磷铁纳矿型NaFePO₄可直接通过高温煅烧获得，但是由于缺少钠离子迁移的通道，因而电化学活性很差，然而橄榄石型NaFePO₄具有良好的电化学性能，但是只能通过化学或者电化学转换LiFePO₄来制备^[10-13]。FePO₄很容易形成非晶相，并且具有比晶相FePO₄和橄榄石型NaFePO₄更优的电化学性能。然而非晶相在长时间循环和高倍率过程中表现出的电化学性能不佳^[14-16]。本论文尝试通过有序/无序化调控，获得不同晶型和非晶相配比的复合正极材料，以期获得更好的倍率和循环性能。本选题通过改善非晶FePO₄正极材料的电化学性能，获得制备钠离子电池的更优方案，得到廉价且高性能的钠离子电池，缓解锂离子电池的市场压力，保护环境，缓解资源压力。

2. 研究的基本内容与方案

2.实验方案路线设计

2.1.制备方法及方案路线设计

2.1.1.制备方法

3. 研究计划与安排

3.进度安排

1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解非晶fepo₄正极材料的制备方法及有序/无序调控手段，了解选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响；

4周：确定技术方案，完成开题报告的撰写；

4. 参考文献（12篇以上）

4.参考文献

[1] pan h l, hu y s, and chen l q, room-temperaturestationary sodium-ion batteries for large-scale electric energy storage [j], energy environmental science, 2013, 6: 2338–2360.

[2] liu y l, xu y h, han x g, pellegrinellic, zhu y j, zhu h l, wan j y, chung a c, vaaland o, wang c s and hu l b, porousamorphous fepo₄ nanoparticles connected by single-wall carbonnanotubes for sodium ion battery cathodes [j], nano letter, 2012, 12: 5664-5668.