【摘 要】
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钠离子电池具有资源丰富、成本低廉、安全性好以及充放电速度快等优势,吸引了研究者的研究热情。特别是钠离子锰基正极材料Na0.44MnO2因具有稳定的三维隧道结构和长循环寿命,很适合应用在大规模储能中。但实际应用中仍存在缺陷,比如充放电过程中发生复杂的相变和材料的电子电导率差等因素影响材料的循环稳定性和倍率性能。针对以上问题,本论文优化Na0.44MnO2材料合成路线,采用复合的方法来改善材料的充放电
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钠离子电池具有资源丰富、成本低廉、安全性好以及充放电速度快等优势,吸引了研究者的研究热情。特别是钠离子锰基正极材料Na0.44MnO2因具有稳定的三维隧道结构和长循环寿命,很适合应用在大规模储能中。但实际应用中仍存在缺陷,比如充放电过程中发生复杂的相变和材料的电子电导率差等因素影响材料的循环稳定性和倍率性能。针对以上问题,本论文优化Na0.44MnO2材料合成路线,采用复合的方法来改善材料的充放电性能和倍率性能。首先采用流变相反应法制备Na0.44MnO2材料,探究煅烧温度和煅烧时间对材料结构和电化学性能的影响。实验结果表明,800°C,3 h条件下制备的Na0.44MnO2材料具有良好的晶体结构、形貌均一,表现出最佳的电化学性能。在0.5 C电流密度下,初始放电比容量为125.1 m Ah g-1,循环100圈后仍保持120.6 m Ah g-1的放电比容量,具有较好的循环稳定性和倍率性能。动力学分析表明,800°C,3 h条件下制备的Na0.44MnO2材料具有较高的钠离子扩散系数,说明钠离子在材料内部扩散较快,有利于材料的电化学性能。为了提高Na0.44MnO2材料电子电导率,采用超声辅助溶液分散法制备了聚吡咯(PPy)复合的Na0.44MnO2材料,并优化复合比例。实验结果表明,Na0.44MnO2/PPy(7 wt.%)复合材料具有最佳的电化学性能,在2.0-4.0 V电压区间,0.5 C电流密度下,初始放电比容量为135.2 m Ah g-1,循环100圈后容量保持率为94.5%;在1 C电流密度下,循环500圈后容量保持率为82%,具有良好的循环稳定性。主要原因是PPy附着在材料的表面,抑制Mn3+发生副反应,提高材料结构稳定性和电子电导率。同样,采用超声辅助溶液分散法制备了碳量子点(CQDs)复合的Na0.44MnO2材料,并优化复合比例。实验结果表明,Na0.44MnO2/CQDs(3 wt.%)材料具有最佳的电化学性能,在2.0-4.0 V电压区间、1 C电流密度下,500圈循环后仍保持112 m Ah g-1的放电比容量且具有良好的倍率性能。主要原因是CQDs附着在本体材料表面,减少电极材料极化和电荷转移电阻,表明CQDs复合能有效提升Na0.44MnO2材料的电化学性能。
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