四氧化三錳納米材料的制備及其鋰離子電池性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、由于高的比容量(150 Wh kg-1)和能量密度(400 Wh L-1),鋰離子電池受到了廣泛的關注。鋰離子電池在一些輕質的、便攜的設備上(例如手機,筆記本電腦,數碼相機等)具有廣泛的應用,此外在潛水和宇航等領域也有重要應用。眾所周知,活性炭作為鋰離子電池負極材料已經工業(yè)化了,然而碳基的鋰離子電池負極材料理論比容量值僅僅有372 mA h g-1,而且容量衰減很快,大大制約了高能量動力電池的發(fā)展,因此迫切需要尋找一種具有高比容量的負極

2、材料。納米材料由于比較大的比表面積,短的離子擴散通道等優(yōu)點,受到廣泛關注。
  過渡金屬氧化物納米材料由于具有高的理論容量(450-1500 mA h g-1),安全性能更優(yōu)異,是一種有潛力替代碳材料的鋰離子電池負極材料。Tarascon等人發(fā)現過渡金屬氧化物納米材料可以提高鋰離子的反應活性。四氧化三錳(理論容量:937 mA h g-1)是過渡金屬氧化物中的一種,由于無毒,廉價和在自然界中儲量豐富等優(yōu)勢,成為鋰離子電極材料研究的

3、熱點。
  在本論文中,以KMnO4和 H2C2O4·2H2O為原材料,通過簡單的水熱合成法獲得了形貌好的四氧化三錳四方雙錐,SEM和HRTEM圖片證實四氧化三錳四方雙錐的表面為高指數晶面(101)晶面。從晶體學的角度,分析了反應中間產物碳酸錳(MnCO3)和羥基錳(MnOOH)和產物的幾何結構,提出了產物四氧化三錳四方雙錐的生長機理。電化學測試結果證實此電極的初始容量為1141.1 mA h g-1。在0.2 C的電流密度下,此

4、電極仍然可以保持822.3 mA h g-1的可逆容量;此電極的初始庫倫效率為66%,之后一直保持100%。此外,另外以KMnO4和MnSO4為原料,用水熱合成法制備了二氧化錳納米棒前軀體。在280℃條件下,在H2/N2氣氛下,在管式爐中還原二氧化錳納米棒得到了四氧化三錳納米棒。恒電流充放電數據表明:四氧化三錳納米棒電極的初始放電容量為1041 mA h g-1。在0.1C的充放電電流密度下,充放電80圈之后容量還可以保持691.1 m

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