λ-MnO2的制備及其對(duì)鈉-鎂離子電化學(xué)嵌脫性能的研究.pdf

1、本文通過(guò)一種簡(jiǎn)單的酸處理LiMn2O4方法制備λ-MnO2，λ-MnO2同LiMn2O4一樣具有尖晶石結(jié)構(gòu)，是一種高性能的電池正極材料。本文首先優(yōu)選出LiMn2O4脫鋰制備λ-MnO2的最佳溫度、最佳H2SO4濃度和最佳反應(yīng)時(shí)間，然后分別研究了λ-MnO2在不同鈉鹽和不同鎂鹽中對(duì)鈉離子和鎂離子的嵌入/脫出性能。
　　當(dāng)反應(yīng)溫度為50℃，H2SO4濃度為0.56 mol·dm-3，反應(yīng)時(shí)間為12 h時(shí)，酸處理LiMn2O4制備的λ-

2、MnO2的XRD衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片完全一致，ICP分析結(jié)果顯示經(jīng)酸處理后，LiMn2O4中鋰離子幾乎完全脫出。通過(guò)SEM和TEM表征得出：λ-MnO2的顆粒分布均勻，為納米級(jí)的球狀顆粒，直徑大小約為20 nm；當(dāng)充放電電流密度為13.6 mA?g-1時(shí)，λ-MnO2電極首次放電比容量達(dá)到390.7 mAh?g-1，具有最佳的倍率性能和循環(huán)性能。
　　λ-MnO2在0.5 mol?dm-3Na2SO4、1mol?dm-3NaNO3和1

3、mol?dm-3NaCl中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示：SO42-對(duì)Na+在λ-MnO2中的嵌入和脫出影響最小。當(dāng)充放電電流密度為13.6 mA?g-1時(shí)，0.5 mol?dm-3Na2SO4中的鈉離子嵌入λ-MnO2的比容量高達(dá)409.7 mAh?g-1；在136 mA?g-1下循環(huán)500圈后，放電比容量仍維持在82.3 mAh?g-1左右。對(duì)Na2SO4的濃度影響考察可知：當(dāng)電極體系在13.6~680 mA?g-1下測(cè)試時(shí)，最佳的Na2SO

4、4濃度為0.5 mol?dm-3；當(dāng)電流密度為680~6800 mA?g-1時(shí)，λ-MnO2在1 mol?dm-3Na2SO4中具有更佳的倍率性能。λ-MnO2/AC組成的電容電池具有高比能量和高比功率性能，在較低的比功率403 W?Kg-1時(shí)，具有較高的比容量82 mAh?g-1和較高的比能量71.7 Wh?Kg-1；在很高的比功率3500 W?Kg-1時(shí)，λ-MnO2/AC的能量密度為19.7 Wh?Kg-1。
　　通過(guò)循環(huán)伏

5、安、恒流充放電和交流阻抗等測(cè)試方法對(duì)λ-MnO2在1 mol?dm-3MgSO4、Mg(NO3)2和MgCl2中的電化學(xué)性能考察得出，Cl-對(duì)Mg2+在λ-MnO2中嵌入和脫出的影響最小。當(dāng)測(cè)試電流密度為13.6 mA·g-1時(shí)，λ-MnO2在1 mol?dm-3MgCl2中的首次放電比容量為478.4 mAh?g-1；當(dāng)電流密度提高500倍，即6800mA·g-1時(shí)，比容量還能達(dá)到62.1 mAh?g-1；在136 mA·g-1下循環(huán)

6、500次后，放電比容量仍維持在130 mAh?g-1左右。對(duì)MgCl2的濃度研究發(fā)現(xiàn)：λ-MnO2電極在3 mol?dm-3MgCl2中測(cè)試時(shí)，電解液中的副反應(yīng)氯氣析出影響最大，嚴(yán)重抑制了鎂離子從λ-MnO2中脫出；而λ-MnO2電極在0.5 mol?dm-3MgCl2中的低倍率性能最好，當(dāng)測(cè)試電流密度為13.6 mA·g-1時(shí)，首次放電比容量高達(dá)545.6 mAh?g-1；而在1 mol?dm-3MgCl2中表現(xiàn)出最佳的大倍率性能和循