四氧化三錳納米材料的制備及其鋰離子電池性能研究.pdf

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(guān)注。鋰離子電池在一些輕質(zhì)的、便攜的設(shè)備上（例如手機(jī)，筆記本電腦，數(shù)碼相機(jī)等）具有廣泛的應(yīng)用，此外在潛水和宇航等領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。眾所周知，活性炭作為鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)工業(yè)化了，然而碳基的鋰離子電池負(fù)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(dòng)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(fù)極

2、材料。納米材料由于比較大的比表面積，短的離子擴(kuò)散通道等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。
　　過(guò)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(fù)極材料。Tarascon等人發(fā)現(xiàn)過(guò)渡金屬氧化物納米材料可以提高鋰離子的反應(yīng)活性。四氧化三錳（理論容量：937 mA h g-1)是過(guò)渡金屬氧化物中的一種，由于無(wú)毒，廉價(jià)和在自然界中儲(chǔ)量豐富等優(yōu)勢(shì)，成為鋰離子電極材料研究的

3、熱點(diǎn)。
　　在本論文中，以KMnO4和 H2C2O4·2H2O為原材料，通過(guò)簡(jiǎn)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(shí)四氧化三錳四方雙錐的表面為高指數(shù)晶面(101)晶面。從晶體學(xué)的角度，分析了反應(yīng)中間產(chǎn)物碳酸錳(MnCO3)和羥基錳(MnOOH)和產(chǎn)物的幾何結(jié)構(gòu)，提出了產(chǎn)物四氧化三錳四方雙錐的生長(zhǎng)機(jī)理。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果證實(shí)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(kù)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(shù)據(jù)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