钠离子电池凭借其资源丰富、绿色可回收等优势可作为锂离子电池的替代品,有望在新一代储能市场上占据一席之地。层状锰基氧化物(Na_xMn O₂)因低成本和高能量密度被认为是最具有发展前景的正极材料之一。但是,目前这类材料在充放电时面临体积膨胀严重,容量保持能力差和缓慢的Na⁺动力学等问题。因此,本文通过插层化学法对水钠锰矿型锰酸钠进行层间结构调控,探索其层间结构变化对存储Na⁺的电化学性能的影响,讨论了层间改性后电极材料的Na⁺扩散动力学。本文主要研究内容如下:(1)采用共沉淀与水热结合的方法制备层片状水钠锰矿型Na_0.55Mn₂O₄·1.5H₂O电极材料。其作为钠离子电池正极时,可知在0.5 C下首圈放电比容量为185 m Ah g^-1,当循环至200圈后,比容量衰减至74.5 m Ah g^-1。这主要因为Mn³⁺的Jahn-Teller效应,在充放电过程中Mn³⁺向碱金属层迁移产生晶格畸变,大尺寸的Na⁺在较窄的传输通道嵌入/脱嵌时导致结构不稳定,从而造成大的容量损失。(2)采用离子交换法制备了有机铵插层锰酸钠(Bir-TMA)正极材料。TMA⁺通过增大材料层间距从而屏蔽了层间静电相互作用,抑制了Mn³⁺的Jahn-Teller效应,为Na⁺的迁移提供了更稳定的传输通道,从而加速Na⁺扩散。对其进行电化学性能测试,结果显示:作为正极的Bir-TMA在2 C下的放电比容量为136 m Ah g^-1,在200个循环后比容量降至75 m Ah g^-1,与改性前材料相比提高了钠离子迁移率。因此,本研究为钠离子电池中的层状材料提供了一种稳定的电荷存储策略,同时该方法也可以扩展到其他层状材料储能领域。(3)采用钠离子絮凝沉淀制备石墨烯(r GO)插层锰酸钠电极材料。r GO在维持原有层状材料结构的基础上,提高了材料的比表面积,缩短了钠离子传输路径,并作为支柱缓解充放电过程中体积膨胀,为Na⁺提供了稳定的传输通道,使材料在0.5 C下首圈的放电比容量为167 m Ah g^-1,在200个循环后比容量保持为100 m Ah g^-1。同时,r GO提供了双电层电容加速了Na⁺迁移,提高Na⁺迁移率。