锰基正极材料的制备及电化学性能研究

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1、学校代码10530学号201510141420分类号O646密级硕士学位论文锰基正极材料的制备及电化学性能研究学位申请人欧阳琰指导教师刘黎教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向物理化学二○一八年六月StudyonPreparationandElectrochemicalPropertiesofManganese-basedCathodeMaterialsCandidateYanOuyangSupervisorProf.LiLiuCollegeChemistryProgramChemistrySpecial

2、izationPhysicalChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：2018年6月12日学位论文

3、版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：2018年6月12日导师签名：日期：2018年6月12日摘要在广泛使用的电极材料中，过渡金属氧化物含有强氧金属键，因而具有较高的离子特性和电位。其中锰基化合物不仅资源丰富，价格低廉，而且具有多

4、变的组成、复杂的结构和奇特的功能。Cryptomelane型的KMn8O16具有天然的2*2隧道结构，其直径约为0.46nm，隧道中的K+不仅能够保持化合物结构的稳定性，还可以维持电荷平衡，提高Li+的扩散速率。三维隧道型的Na0.44MnO2具有能够相互支撑的MnO+6八面体，因此在Na的嵌入脱出过程中，Na0.44MnO2具有相对稳定的循环性能。基于锰基正极材料在充放电过程中出现的锰离子溶解和Jahn-Teller畸变的问题，本论文旨在使用简单的方法对材料进行制备和改性，以获得具有稳定结构的材料，提高材

5、料的初始比容量，改善材料的电化学性能。本论文的主要研究内容如下所示：(1)使用简单的水热法合成了Cryptomelane型KMn8O16正极材料，通过设计对照实验，研究了不同水热时间对材料结构和形貌的影响。测试结果表明，当水热时间延长到24h时，产物才为纯相的KMn8O16，并且经过煅烧处理后材料的结晶度有所增加。在1.5~4.2V的电压范围内，KMn8O16在50mA/g电流密度下的首次放电比容量为199.69mAh/g，循环50次后其容量保持率为78%。(2)使用高浓度的NaOH水热法制备了Na0.44

6、MnO2纳米棒。测试结果表明，相同的水热时间下，水热温度达到200ºC时，Na-birnessite才完全转化为纯相的Na0.44MnO2。相同的水热温度下，随着水热时间的增加，Na0.44MnO2纳米棒的结晶度逐渐变好，其平均直径在100~200nm之间，长度为2~5m左右。在2.0~4.0V的电压范围内，Na0.44MnO2在50mA/g电流密度下的首次放电比容量为110.7mAh/g，循环100次后的容量保持率为75%。在大电流密度下，水热16h合成的Na0.44MnO2容量保持率也最高。且煅烧处理

7、可改善Na0.44MnO2的电化学性能。(3)通过与石墨烯球磨复合，可以提高Na0.44MnO2的电导率和容量保持率，改善其电化学性能。在2.0~4.0V的电压范围内，Na0.44MnO2/graphene在50mA/g电流密度下的首次放电比容量为106.9mAh/g，循环100次后的剩余比容量为91.8mAh/g，容量保持率为86%，循环性能优于复合前。在电流密度为500和1000mA/g时，Na0.44MnO2/graphene的首次放电比容量分别为50mA/g电流密度时的82.4%和72.1%，容量保

8、持率远远大于复合前。关键词：锰基化合物；水热法；锂离子电池；钠离子电池；复合材料IAbstractInwidelyusedelectrodematerials,transitionmetaloxideshavehighioniccharacteristicsandpotentialduetotheirstrongoxygenmetalbonds.Manganese-basedcompoundsarenotonly