锰基氧化物的制备及其电化学性能

发布时间：2017-12-29 01:28

本文关键词：锰基氧化物的制备及其电化学性能　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：为了能够满足社会发展对能源系统的需求,人们开始不断地探索较为高效的储能设备。锂离子电池和超级容器是目前新型储能技术的代表,因为它们具有较高的能量密度、较大的功率密度、对环境友好等优点。而电极材料选择是决定储能设备性能的一个重要因素。过渡金属氧化物因具有较高理论容量且安全性能好,因此成为了电极材料首选。其中以锰作为基体的氧化物在自然界中储量大,价格低廉,是极具前景电极材料。但是这类氧化物导电性能较差而且在充放电过程中会发生体积变化,致使结构破坏。为了解决这些问题,人们经常将氧化物与碳材料进行复合,或者制备成特殊结构。本文的主要研究内容如下:1.在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的辅助下,利用水热的方式成功地合成了四氧化三锰(Mn3O4),并通过控制实验验证了 PVP对八面体结构形成和分散性影响。并对前驱体进行吡咯碳包覆后得到了碳包覆的氧化亚锰(MnO@C),进行锂离子电池性能研究发现其展现了优异的电化学性能。当在100 mAg-1电流密度条件测试时,经过80圈的循环后,容量仍然稳定在560 mAh g-1。进行倍率性能测试时,提高电流密度到200、400和800 mAg-1,容量分别能够达到为526、432和304 mAh g-1。与纯八面体的Mn3O4前驱体进行对比发现,MnO@C具有更好的锂电性能。这是因为金属氧化物通过与碳材料复合能够有效地缓冲充放电过程中MnO所产生的体积变化,而且也能够提高MnO导电性。2.利用二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇混合溶剂进行溶剂热和煅烧两步方法成功地合成了多孔正六边形结构的锰酸锌(ZnMn2O4)。实验发现,不同煅烧温度所形成的样品形貌和结晶性有所差异。用作锂电负极材料时,高温得到的结晶性较好的多孔正六边形ZnMn2O4要比低温下得到的ZnMn2O4性能更为优异。在电流密度100 mA g-1的条件下循环200圈,容量达到716 mAh g-1,而且它也有一个很好的倍率性能。当制备成超电电极材料时,1Ag-1的电流密度下循环2000圈容量也高达340 F g-1。这些较好的电化学性能主要是因为多孔结构有利于离子在活性物质表面的反应从而提高电极材料的容量。3.二维层片状结构的棒状钼酸锰(MnMoO4)在表面活性剂PVP的帮助下利用简单的水浴法合成,实验结果表明PVP的参与对棒状结构和粒径分布有着重要的影响。将所制备的样品利用三电极在电流密度1 A g-1的条件下进行超电性能测试时,该样品的容量能够在充放电2000圈后依然保持在109 C g-1。提高电流密度后,容量仍可以保持在一个很高数值。棒状的MnMoO4表现出了优异的循环性能和倍率性能主要是由于二维的纳米片提高了活性物质表面与电解液之间的接触从而促使了电解质的扩散和电荷转移。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O614.711;O646

【参考文献】