锰氧化物材料制备及钠离子电池性能的研究

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1、研究背景近年来，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。yVaQ>44MnO2*于具有独特的三维隧道结构，可以促使的迁移，引起了研究者的极大兴趣。Na0A4MnO2是正交晶系，属于Pbam群，猛离子处于两种环境中，全部的Mn4+和一半的Mn3+处于1^1106的八面体碱离子位置，另一半的Mn3+处于四方锥碱离子位置。MnO5四方锥和2个一组或三个一组的八面体MnOA连接成链，形成两种隧道结构的骨架，在隧道结构中，两种钠离子位处于大的S型隧道中，

2、另一种钠离子位处于小隧道中。根据这种晶体结构可以推断，钠离子主要沿着c轴方向扩散，n(Na)/n(Mn)=0.44的比例与Na⑴位置被完全填充和S型的隧道有一半被填充是相对应的。二、实验方案1、制备活性物质Na0.44MnO2的合成方法主要有高温固相法、熔盐法、水热法、聚合物热解法等，不同的合成方法使材料具有不同的性能，因此，研究不同的方法具有重要的意义20本次实验中，我们通过高温固相法合成/VaQ<44MnO高温固相法通常是在高温下，将固相化合物按一定比例在一定气氛下锻烧冷却后得到目标产物。因其成本低，工艺直观，操作简单等优点得到了广泛的应用。将锰盐和钠盐按一定的比例研磨，在高温下热处

3、理得到/VaQi44MnO2。具体步骤：(1)碳酸锰600°C锻烧12h制备三氧化二锰。(2)0.23318g/^2（；03和0.78937gMn203混合研磨，900°C锻烧15h。产物为WaQ.44MnO22、制备电池(1)配置1M硫酸钠溶液，冷却，待用；(2)按/Vao.44Mn02:乙炔黑:PTFE=80:15:5，称取适量药品，在小烧杯中混合，并加入少量乙醇溶解，搅拌至均勻，使PTFE纤维化；(3)将烧杯放入80°C的恒温水浴锅中，在水浴上使酒精微沸进行破乳，直至电极活性物质呈团状；(4)称取lcmxlcm的不锈钢网的质量，将活性物质均勻的涂覆在不锈钢网基体上，于80°C的鼓

4、风干燥箱中烘干12小时；(5)干燥完成后，用lOMPa压片，再称取涂有活性物质的不锈钢网的质量，制成试验用电极；(6)将电极以及隔膜在1M硫酸钠溶液中浸泡5小时，然后按照从下而上夹具，负极，隔膜，正极，隔膜，夹具的次序将电池装好。然后用皮筋固定；三、性能测试结果1、XRD10203040506070802Theta(degree)(•n.E)X-1±SS1UJ与标准卡(PDR27-0750)吻合，没有出现杂峰，以此可以确定得到/^。.44似7102。2、循环性能分析807060504030201000102030405060708090100CycleNumber(2flvs)xlpB

5、afi«3oupaas从图中可以看出，/76^44似7102在循环过程中结构比较稳定，发生的结构变化较小，容量衰减速度较小，材料有较好的循环性能。3、循环伏安分析样品在扫描范围内出现了多对比较对称的氧化还原峰，多对氧化还原峰代表Na在的嵌入和脱出是多相反应，到目前为止，反应机理还未完全搞清楚。氧化峰与还原峰之间的电位差体现了充放电过程中的极化程度，电压差越小，说明电化学过程越迅速，可逆性越好。此材料的氧化峰和还原峰分开较明显，且较清晰，说明样品具有很好的电化学可逆性。4、交流阻抗分析采用Zview阻抗谱拟合软件对材料阻抗数据进行拟合。EIS曲线由高频区的半和低频区的直线组成，半圆与实部截

6、距代表Ret表示电荷转移电阻，直线部分与钠离子在内部扩散产生的Warburg阻抗有关。