钠离子电池正极材料Na0.44MnO2的制备及电化学性能研究

摘要

近年来，钠离子电池受到人们的普遍关注。钠是地壳中含量最多的元素之一，并且与锂有相似的化学性质。与锂离子电池相比，钠离子电池具有更多的优势，人们研究钠离子电池就是因为可利用的钠资源丰富，价格便宜。Na0.44MnO2由于具有独特的三维隧道结构，可以促使Na+的迁移，引起了研究者的极大兴趣。本论文先用固相法合成棒状的Na0.44MnO2，再让材料与碳纳米管(CNTs)复合，得到Na0.44MnO2和CNTs卷曲缠绕的化合物Na0.44MnO2–CNTs。并且用NaCl熔盐法在850℃下反应5 h合成结晶性良好的 Na0.44MnO2纳米带。实验使用 X–射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)对材料的结构、形貌进行表征，利用循环伏安法、电池测试系统、交流阻抗技术等研究了材料的电化学性质。
　　实验结果表明：当 n(Na)/n(Mn)为0.46，反应温度为800℃时可以得到结晶性良好的Na0.44MnO2。CNTs的增加可以提高Na0.44MnO2的导电率，显著地减少材料的阻抗，提高容量，增强循环性能和倍率性能。Na0.44MnO2–CNTs的比容量高达113mAh g–1，具有稳定的循环性能，0.5C倍率下40次的容量保持率为98%。并且具有优良的倍率性能，在5 C倍率下的比容量为95 mAh g–1。
　　本文用熔盐法合成的Na0.44MnO2是纳米带状结构，厚度为50–100 nm，宽度为200–500 nm。结果显示Na0.44MnO2纳米带首次放电容量为106 mAh g–1，0.5 C下40次循环后的可逆容量保持率为94%。

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第一章 引 言

1.1 钠离子电池概述

1.2 钠离子电池工作原理

1.3 钠离子电池负极材料研究进展

1.4 钠离子电池正极材料研究进展

1.5 钠离子电池正极材料Na0.44MnO2研究进展

1.6 钠离子电池的应用前景及展望

1.7 本论文的研究意义和内容

第二章 实验方法

2.1 实验试剂和仪器

2.2 扫描电子显微镜表征

2.3 透射电子显微镜表征

2.4 X–射线粉末衍射测试

2.5 傅里叶红外光谱测试

2.6 拉曼光谱测试

2.7 电池的制备及组装

2.8 充放电测试

2.9 循环伏安测试

2.10 电化学阻抗测试

第三章 固相法合成Na0.44MnO2及电化学性能研究

3.1 实验内容

3.2 实验结果与分析

3.3 本章小结

第四章 碳复合Na0.44MnO2的电化学性能研究

4.1 实验部分

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

第五章 熔盐法合成Na0.44MnO2纳米带及电化学性能研究

5.1 实验内容

5.2 实验结果与分析

5.3 本章小结

第六章 结 论

6.1 结 论

6.2 论文研究的创新性

6.3 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢