錳基氧化物的制備及其電化學性能.pdf

1、為了能夠滿足社會發展對能源系統的需求，人們開始不斷地探索較為高效的儲能設備。鋰離子電池和超級容器是目前新型儲能技術的代表，因為它們具有較高的能量密度、較大的功率密度、對環境友好等優點。而電極材料選擇是決定儲能設備性能的一個重要因素。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量大，價格低廉，是極具前景電極材料。但是這類氧化物導電性能較差而且在充放電過程中會發生體積變化，致使結

2、構破壞。為了解決這些問題，人們經常將氧化物與碳材料進行復合，或者制備成特殊結構。本文的主要研究內容如下:
　　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)，并通過控制實驗驗證了PVP對八面體結構形成和分散性影響。并對前驅體進行吡咯碳包覆后得到了碳包覆的氧化亞錳(MnO@C)，進行鋰離子電池性能研究發現其展現了優異的電化學性能。當在100 mA g-1電流密度條件測試時，經過80圈的循環

3、后，容量仍然穩定在560 mAh g-1。進行倍率性能測試時，提高電流密度到200、400和800 mA g-1，容量分別能夠達到為526、432和304 mAh g-1。與純八面體的Mn3O4前驅體進行對比發現，MnO@C具有更好的鋰電性能。這是因為金屬氧化物通過與碳材料復合能夠有效地緩沖充放電過程中MnO所產生的體積變化，而且也能夠提高MnO導電性。
　　2.利用二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇混合溶劑進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構的錳酸鋅(ZnMn2O4)。實驗發現，不同煅燒溫度所形成的樣品形貌和結晶性有所差異。用作鋰電負極材料時，高溫得到的結晶性較好的多孔正六邊形ZnMn2O4要比低溫下得到的ZnMn2O4性能更為優異。在電流密度100 mA g-1的條件下循環200圈，容量達到716 mAh g-1，而且它也有一個很好的倍率性能。當制備成超電電極材料時，1 Ag-1的電流密度下循環2000圈容量也高達340 F g-1。這些較好的電化

5、學性能主要是因為多孔結構有利于離子在活性物質表面的反應從而提高電極材料的容量。
　　3.二維層片狀結構的棒狀鉬酸錳(MnMoO4)在表面活性劑PVP的幫助下利用簡單的水浴法合成，實驗結果表明PVP的參與對棒狀結構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的條件下進行超電性能測試時，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很高數值。棒狀的MnM