本文關鍵詞：四氧化三錳納米材料的制備及其鋰離子電池性能研究

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【摘要】：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注。鋰離子電池在一些輕質的、便攜的設備上(例如手機,筆記本電腦,數(shù)碼相機等)具有廣泛的應用,此外在潛水和宇航等領域也有重要應用。眾所周知,活性炭作為鋰離子電池負極材料已經(jīng)工業(yè)化了,然而碳基的鋰離子電池負極材料理論比容量值僅僅有372 m A h g~(-1),而且容量衰減很快,大大制約了高能量動力電池的發(fā)展,因此迫切需要尋找一種具有高比容量的負極材料。納米材料由于比較大的比表面積,短的離子擴散通道等優(yōu)點,受到廣泛關注。過渡金屬氧化物納米材料由于具有高的理論容量(450~(-1)500 m A 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極材料。Tarascon等人發(fā)現(xiàn)過渡金屬氧化物納米材料可以提高鋰離子的反應活性。四氧化三錳(理論容量:937 m A h g~(-1))是過渡金屬氧化物中的一種,由于無毒,廉價和在自然界中儲量豐富等優(yōu)勢,成為鋰離子電極材料研究的熱點。在本論文中,以KMnO_4和H_2C_2O_4·2H_2O為原材料,通過簡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。從晶體學的角度,分析了反應中間產物碳酸錳(MnCO_3)和羥基錳(Mn OOH)和產物的幾何結構,提出了產物四氧化三錳四方雙錐的生長機理。電化學測試結果證實此電極的初始容量為1141.1 m A h g~(-1)。在0.2 C的電流密度下,此電極仍然可以保持822.3 m A h g~(-1)的可逆容量;此電極的初始庫倫效率為66%,之后一直保持100%。此外,另外以KMnO_4和Mn SO_4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H_2/N_2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 m A h g~(-1)。在0.1 C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 A h g~(-1),而且其倍率性能很好。
【關鍵詞】：水熱合成 四氧化三錳 納米材料 鋰離子電池
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TQ137.12
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 鋰離子電池應用背景12
• 1.2 鋰離子電池簡介12-15
• 1.2.1 鋰離子電池工作原理12-14
• 1.2.2 鋰離子電池的優(yōu)勢14-15
• 1.3 鋰離子電池負極材料分類及四氧化三錳研究進展15-21
• 1.3.1 鋰離子電池負極材料分類及介紹15-16
• 1.3.2 四氧化三錳研究進展16-21
• 1.4 論文目的及研究內容21-22
• 參考文獻22-26
• 第二章 實驗方法和測試方法26-34
• 2.1 X射線衍射分析(XRD)26
• 2.2 掃描電子顯微鏡分析(SEM)26-27
• 2.3 透射顯微鏡電鏡(TEM)27-29
• 2.3.1 分辨率27-28
• 2.3.2 透射電鏡成像原理28-29
• 2.4 X射線光電子能譜(XPS)29
• 2.5 線性循環(huán)伏安法(CV)29
• 2.6 四氧化三錳電極的組裝29-30
• 2.7 水熱法簡介30-32
• 參考文獻32-34
• 第三章 四氧化三錳四方雙錐的制備及其鋰離子電池性能研究34-58
• 3.1 實驗部分34-36
• 3.1.1 主要試劑34-35
• 3.1.2 四氧化三錳的制備35-36
• 3.2 四氧化三錳的表征和測試36-43
• 3.2.1 物相分析(XRD）36
• 3.2.2 形貌分析(SEM和TEM)36-43
• 3.2.3 價態(tài)分析(XPS)43
• 3.3 四氧化三錳四方雙錐結構分析及其生長機制43-50
• 3.3.1 尖晶體石結構簡介43-45
• 3.3.2 四氧化三錳四方雙錐生長機理分析45-50
• 3.4 四氧化三錳四方雙錐的鋰離子電池性能研究50-53
• 3.4.1 循環(huán)伏安曲線50-51
• 3.4.2 Land充放電測試51-52
• 3.4.3 循環(huán)性能測試52-53
• 3.4.4 倍率性能測試53
• 3.5 本章小結53-55
• 參考文獻55-58
• 第四章 四氧化三錳納米棒的制備及其鋰離子電池性能研究58-68
• 4.1 實驗方案58-59
• 4.1.1 二氧化錳納米棒的制備58
• 4.1.2 二氧化錳納米棒的還原58
• 4.1.3 四氧化三錳納米棒電極的制備58-59
• 4.2 四氧化三錳納米棒的表征測試59-62
• 4.2.1 物相分析(XRD)59-60
• 4.2.2 形貌分析(SEM和TEM)60-62
• 4.3 四氧化三錳鋰離子電池性能測試(land)62-65
• 4.3.1 充放電曲線測試62-63
• 4.3.2 循環(huán)性能測試63-64
• 4.3.3 倍率性能測試64-65
• 4.4 本章小結65-66
• 參考文獻66-68
• 第五章 總結68-70
• 第六章 致謝70-72
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄72

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1 曾克新;中國四氧化三錳工業(yè)的發(fā)展、現(xiàn)狀與展望[J];中國錳業(yè);2003年04期

2 王紅太;;國內四氧化三錳的生產工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J];山西化工;2006年03期

3 陳思學;駱艷華;王凡;王克玉;;X射線熒光光譜法測定四氧化三錳中雜質含量[J];現(xiàn)代礦業(yè);2009年04期

4 周升旺;楊洋;馬金保;;不同酸催化下制備四氧化三錳的反應動力學[J];無機鹽工業(yè);2009年06期

5 朱剛;焦寶娟;;四氧化三錳的簡易制備[J];西安文理學院學報(自然科學版);2010年03期

6 William C. laughlin;覃事彪;;制備高純四氧化三錳的方法[J];中國錳業(yè);1990年05期

7 吳義添;;四氧化三錳的制備、性質、結構和用途[J];中國錳業(yè);1990年01期

8 湯曉壯,譚柱中,潘其經(jīng)囿;用金屬錳粉濕法制取四氧化三錳的理論和實踐[J];中國錳業(yè);1997年01期

9 楊紅,潘穎青,湯曉壯;四氧化三錳的制備方法及產品質量論述[J];中國錳業(yè);1997年02期

10 ;世界上最大的四氧化三錳生產基地在長沙建成[J];礦業(yè)研究與開發(fā);1999年05期

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1 鄒興;;高質量高附加值四氧化三錳制備技術研制成功[A];2004年全國冶金物理化學學術會議專輯[C];2004年

2 張鋒;韓小彥;孟慶飛;孫聚堂;;二氧化錳粒度的控制及四氧化三錳的制備[A];中國化學會2008年中西部地區(qū)無機化學、化工學術交流會會議論文集[C];2008年

3 鄒興;孫寧磊;方克明;;用硫酸錳溶液不經(jīng)電解直接制備四氧化三錳的過程中除硫的研究[A];2004年全國冶金物理化學學術會議專輯[C];2004年

4 鄒興;陳德勝;孫寧磊;王國承;;用硫酸錳溶液直接制備高純四氧化三錳的難點和進展[A];冶金研究中心2005年“冶金工程科學論壇”論文集[C];2005年

5 粟海鋒;高家利;胡雪玲;文衍宣;童張法;;正交試驗法優(yōu)選高純四氧化三錳的制備工藝[A];第三屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集（下）[C];2006年

6 張昭;彭少方;;濕化學法合成四氧化三錳粉末[A];第四屆全國顆粒制備與處理學術會議論文集[C];1995年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 方永利 程旭榮;晉城市天戶煤礦調產一鳴驚人[N];山西日報;2006年

2 本報記者　 李清理;金瑞科技一降一調促成扭虧[N];中國證券報;2006年

3 大通證券 陳健中;金瑞科技 補漲在即[N];證券時報;2008年

4 實習記者 趙丹秦;金瑞科技定向募資4億擴產能[N];證券時報;2008年

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1 費兆陽;納米氧化物的形貌可控制備及其催化性研究[D];南京大學;2012年

2 徐本軍;從方鉛礦精礦和軟錳礦直接制備硫酸鉛和四氧化三錳材料的研究[D];中南大學;2005年

3 孫華銀;納米四氧化三錳催化的氧化反應及納米鉍促進的烯丁基化反應研究[D];中國科學技術大學;2011年

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1 楊秀梅;四氧化三錳的制備工藝及機理探討[D];貴州大學;2008年

2 葉玉珠;磁性四氧化三錳微細顆粒的制備及其催化性能的測試[D];重慶大學;2015年

3 李濤濤;四氧化三錳納米材料的制備及其鋰離子電池性能研究[D];太原理工大學;2016年

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7 高家利;硫酸錳制備四氧化三錳及其熱解動力學研究[D];廣西大學;2007年

8 施雯;軟錳礦濕法還原制備四氧化三錳的研究[D];吉首大學;2012年

9 李長安;四氧化三錳的制備及吸附性能研究[D];吉首大學;2013年

10 李文艷;微波輔助制備高比表面積四氧化三錳的研究[D];重慶大學;2009年

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本文編號：536280