錳基氧化物的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、為了能夠滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)能源系統(tǒng)的需求，人們開始不斷地探索較為高效的儲(chǔ)能設(shè)備。鋰離子電池和超級(jí)容器是目前新型儲(chǔ)能技術(shù)的代表，因?yàn)樗鼈兙哂休^高的能量密度、較大的功率密度、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。而電極材料選擇是決定儲(chǔ)能設(shè)備性能的一個(gè)重要因素。過渡金屬氧化物因具有較高理論容量且安全性能好，因此成為了電極材料首選。其中以錳作為基體的氧化物在自然界中儲(chǔ)量大，價(jià)格低廉，是極具前景電極材料。但是這類氧化物導(dǎo)電性能較差而且在充放電過程中會(huì)發(fā)生體積變化，致使結(jié)

2、構(gòu)破壞。為了解決這些問題，人們經(jīng)常將氧化物與碳材料進(jìn)行復(fù)合，或者制備成特殊結(jié)構(gòu)。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的輔助下，利用水熱的方式成功地合成了四氧化三錳(Mn3O4)，并通過控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PVP對(duì)八面體結(jié)構(gòu)形成和分散性影響。并對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行吡咯碳包覆后得到了碳包覆的氧化亞錳(MnO@C)，進(jìn)行鋰離子電池性能研究發(fā)現(xiàn)其展現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)性能。當(dāng)在100 mA g-1電流密度條件測試時(shí)，經(jīng)過80圈的循環(huán)

3、后，容量仍然穩(wěn)定在560 mAh g-1。進(jìn)行倍率性能測試時(shí)，提高電流密度到200、400和800 mA g-1，容量分別能夠達(dá)到為526、432和304 mAh g-1。與純八面體的Mn3O4前驅(qū)體進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，MnO@C具有更好的鋰電性能。這是因?yàn)榻饘傺趸锿ㄟ^與碳材料復(fù)合能夠有效地緩沖充放電過程中MnO所產(chǎn)生的體積變化，而且也能夠提高M(jìn)nO導(dǎo)電性。
　　2.利用二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇混合溶劑進(jìn)行溶劑熱和煅燒兩步方法成功

4、地合成了多孔正六邊形結(jié)構(gòu)的錳酸鋅(ZnMn2O4)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同煅燒溫度所形成的樣品形貌和結(jié)晶性有所差異。用作鋰電負(fù)極材料時(shí)，高溫得到的結(jié)晶性較好的多孔正六邊形ZnMn2O4要比低溫下得到的ZnMn2O4性能更為優(yōu)異。在電流密度100 mA g-1的條件下循環(huán)200圈，容量達(dá)到716 mAh g-1，而且它也有一個(gè)很好的倍率性能。當(dāng)制備成超電電極材料時(shí)，1 Ag-1的電流密度下循環(huán)2000圈容量也高達(dá)340 F g-1。這些較好的電化

5、學(xué)性能主要是因?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)有利于離子在活性物質(zhì)表面的反應(yīng)從而提高電極材料的容量。
　　3.二維層片狀結(jié)構(gòu)的棒狀鉬酸錳(MnMoO4)在表面活性劑PVP的幫助下利用簡單的水浴法合成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PVP的參與對(duì)棒狀結(jié)構(gòu)和粒徑分布有著重要的影響。將所制備的樣品利用三電極在電流密度1Ag-1的條件下進(jìn)行超電性能測試時(shí)，該樣品的容量能夠在充放電2000圈后依然保持在109 C g-1。提高電流密度后，容量仍可以保持在一個(gè)很高數(shù)值。棒狀的MnM