錳氧化物電極材料的設計構筑及其電化學性能.pdf

1、進入21世紀，人們對能源需求不斷增長，走可持續(xù)發(fā)展道路和大力發(fā)展綠色能源產業(yè)成為一個具有挑戰(zhàn)且不可避免的世界性課題。作為解決能源問題的重要途徑，鋰離子電池和鈉離子電池在大規(guī)模的能源供應上卻有很大局限性。電極材料是制約鋰離子和鈉離子電池發(fā)展的一大關鍵因素，因此尋找理想的高能量密度和高功率密度的電極材料具有重大意義。其中，錳氧化物由于自然資源豐富且理論容量高，作為鋰離子電池電極材料有很好的應用前景。同時，探究錳氧化物作為鈉離子電池電極材料的

2、應用，也具有非常重要的科學意義。然而，錳氧化物作為電池電極材料仍然存在許多問題。一方面由于錳氧化物較低的電子電導和離子電導所造成的，另一方面是基于轉換反應機制的錳氧化物，充放電中大的體積膨脹導致其循環(huán)性能差。本文采用納米化以及預鋰化策略對其進行優(yōu)化。本文以錳氧化物為研究對象，設計構筑了MnO2納米線和納米棒，并通過將MnO2納米線進行預鋰化得到富鋰Li2MnO3納米線。測試分析了富鋰Li2MnO3和MnO2納米線作為鋰離子電池電極材料及

3、MnO2納米棒作為鈉離子電池電極材料的電化學性能。進一步研究了納米化和預鋰化策略對電化學性能優(yōu)化的機制。
　　本研究主要內容包括：⑴通過水熱法與固相反應相結合的方法可控合成MnO2納米線/納米棒，預鋰化得到富鋰Li2MnO3納米線，提高了MnO2的循環(huán)性能和充放電容量，并通過熱重TG、XRD、SEM、EDS、TEM和BET等材料測試手段表征了所制備的產物，確定了富鋰Li2MnO3納米線的最佳燒結溫度。⑵研究了富鋰Li2MnO3和M

4、nO2納米線作為鋰離子電池負極材料的電化學性能，發(fā)現(xiàn)富鋰 Li2MnO3納米線電極材料顯示出優(yōu)異的可逆比容量以及更好的循環(huán)使用壽命。當電流密度為500mAg-1時，它的可逆比容量仍然可以達到1279mAhg-1（第500圈）。并初步探索了LiMn2O4/Li2MnO3全電池的應用前景。作為一種之前從未報道的鋰離子電池負極材料，采用XPS和XRD進一步探究了富鋰 Li2MnO3納米線的電化學性能優(yōu)化機理。優(yōu)異的電化學性能主要歸因于富鋰策略