钠离子电池正极材料Na0.44MnO2的制备工艺和电化学特性

摘要

近年来，因为锂资源的短缺问题，钠离子电池重新受到人们的广泛关注。人们研究钠离子电池是由于可利用的钠资源丰富，价格便宜，分布广泛，易于获取，而且原材料成本低。正极材料的研究是钠离子电池发展的重要方面，其中 Na0.44MnO2由于自身独特的三维隧道结构，促进了Na+的迁移，引起了许多研究者的兴趣。本文通过采用不同的高温反应时间，高温反应温度，n(Na)/n(Mn)比例以及掺杂不同量的阳离子制备了Na0.44MnO2材料，并研究了这些因素对Na0.44MnO2的影响，通过XRD，SEM以及电化学测试如CV和交流阻抗等测试技术对Na0.44MnO2的晶体结构、形貌和电化学性能进行了表征。
　　本论文的主要研究结果如下：
　　（1）采用固相法制备Na0.44MnO2材料时，在800℃的高温反应温度下制备的材料颗粒大小合适，结晶度好，是纯相的Na0.44MnO2材料，并且材料充放电比容量高，循环性能稳定，有良好的倍率性能，温度过高或者过低，都会产生杂质，对材料的电化学性能产生不利的影响。
　　（2）当温度一定，适当地高温反应时间可以合成颗粒大小均匀的Na0.44MnO2材料，材料的容量随着高温反应时间的变长，先增大，随后降低，但循环稳定性随着高温反应时间在一直提高。
　　（3）适当的n(Na)/n(Mn)比例可以减少杂质，合成纯相的Na0.44MnO2材料，当n(Na)/n(Mn)比例为0.50时制备出的材料电化学性能最好，而当n(Na)/n(Mn)比例低于0.48时，材料中会产生Mn2O3杂质，Mn2O3杂质降低了材料的容量和循环稳定性。
　　（4）Fe3+的掺杂改变了反应的历程，合适的掺杂比例会提高材料的循环稳定性，但也会降低材料的充放电比容量，Fe3+掺杂的量过多，会对材料的电化学性能不利。掺杂以后，Na0.44MnO2材料的形貌变化较大，颗粒变得长而且宽，呈薄平板状，有效的缩短了钠离子的扩散路径，有利于钠离子的扩散。
　　（5）对Na0.44MnO2材料进行Li掺杂以后，材料中会出现了两种物质，分别为棒状和球状两种形貌；Li的掺杂同样也改变了反应的历程，掺杂Li虽然提高了材料的循环稳定性，但是也对材料的充放电容量造成了不利的影响，Li的掺杂主要提高了材料的倍率性能。

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第一章 绪论

1. 1 引言

1. 2 锂离子电池简介

1. 3 钠离子电池简介

1. 4 钠离子电池的关键材料

1.5 Na0.44MnO2正极材料的研究现状

1. 6 本论文的选题意义及研究内容

第二章 实验部分

2. 1 实验试剂

2. 2 实验仪器

2. 3 电极材料的结构和形貌表征

2. 4 电极材料的电化学性能测试

第三章 固相法制备Na0.44MnO2的工艺和电化学性能

3. 1 引言

3.2 合成温度对Na0.44MnO2晶体结构、形貌和电化学性能的影响

3.3 高温反应时间对Na0.44MnO2晶体结构、形貌和电化学性能的影响

3.4 不同的 n(Na)/n(Mn)比例对 Na0.44MnO2晶体结构、形貌和电化学

3. 5 本章小结

第四章 阳离子掺杂对Na0.44MnO2的改性研究

4. 1 引言

4.2 Fe3+掺杂对Na0.44MnO2晶体结构、形貌和电化学性能的影响

4.3 Li掺杂对Na0.44MnO2晶体结构、形貌和电化学性能的影响

4. 4 本章小结

第五章 结论与展望

5. 1 结论

5. 2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文