水系锌锰二次电池制备及电化学性能测试

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文(工程硕士)水系锌锰二次电池制备及电化学性能测试硕士研究生：潘海丽指导教师：张森副教授企业导师：苗冬梅工程师工程领域：化学工程论文主审人：王贵领教授哈尔滨工程大学2018年06月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文(工程硕士)水系锌锰二次电池制备及电化学性能测试硕士研究生：潘海丽指导教师：张森副教授学位级别：工程硕士学科、专业：化学工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年05月论文答辩日期：2018年06月学位授予单位：哈尔滨工程大学C

2、lassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngPreparationandElectrochemicalPerformanceTestofReversibleAqueousZinc/ManganeseBatteryCandidate:PanHailiSupervisor:Prof.ZhangSenAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ChemicalEngineeringDate

3、ofSubmission:May.2018DateofOralExamination:Jun.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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

4、的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声

5、明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日摘要锌锰电池是一类以二氧化锰为正极，金属锌为负极的电池。电化学反应中锌可以失去两个电子，与只能失去一个电子的锂相比有较高的功率密度和能量密度。二氧化锰具有多个可变价态，离子储存性能强，比容量较高，资源储量丰富，价格低廉，环境友好的优势。水系锌离子二氧化锰二次电池作为一种新型的化学电源，具有较高的能量密度和功率密度，可大功率充放电，具有电极材料制备方便、价格

6、低廉、安全环保等优点。但是，二氧化锰导电性差、循环可逆性差，锌电极腐蚀、析氢等问题，导致锌锰电池出现循环寿命短、放电深度低等问题，导致锌锰电池应用一直受限。为了探究水系锌锰二次电池的放电机理和最优组装工艺，首先采用简单高效、节能环保的溶液共沉淀法在室温条件下制备α-MnO2晶体，以其作为正极材料，锌粉制备的锌电极作为负极，组装为纽扣电池。以电解液的离子种类和浓度、活性物质的质量与电解液的体积比、极片的制备方法作为变量，展开一系列实验。研究发现水系锌锰二次电池符合质子-电子放电机理，并且放电过程分为两个阶段：

7、(1)H+浓度随着Mn2+浓度增加而增大，H+参与第一阶段放电反应，随着Mn2+浓度的增加，还原峰的电压越高，反应越容易发生。(2)Zn2+参与第二阶段放电反应，Zn2+浓度增大第二阶段放电比容量增大。研究还发现一定浓度的Mn2+可以抑制二氧化锰的溶解，电解液体积增加时放电比容量随之增加，但电解液的体积过大时二氧化锰的溶解加剧，放电比容量有所降低。电解液浓度为2MZnSO-1。4+0.5MMnSO4，0.3C电流条件下，最大放电比容量达232mAh·g为了研究不同形貌和微观结构的对二氧化锰的电化学性能的影响

8、，并进一步探究其放电机理，以硫酸锰和高锰酸钾为原料分别采用溶液共沉淀法、低温固相法、水热法制备得到了颗粒状无定型α-MnO2、纳米棒与纳米片共存的无定型α-MnO2、结晶良好的纳米棒状α-MnO2晶体。水热法制备的纳米棒状样品的首次充放电比容量最高达273mAh·g-1，首次充电比容量为279mAh·g-1，在大电流和大小电流交替使用的条件下均表现出优异的性能。1C恒电流条件下，经过600次循环，水热法制备的纳米