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锰氧化物纳微米材料的合成与性能表征

王洪恩

   本论文研究了α-MnO_2纳米棒、α-MnO_2球和尖晶石LiMn_2O_4微球的合成,并对所得样品的电化学性能进行了表征。具体工作如下: 采用简单的水热法在酸性体系下分解KMnO_4制备了单晶的α-MnO_2纳米棒。SEM和TEM结果表明,所合成α-MnO_2纳米棒的直径约30~70 nm,最大长度约2.6μm。通过分析不同水热反应时间所得MnO_2产物的相结构和微观形貌,提出α-MnO_2纳米棒的形成应经历了一“团聚—溶解—重结晶—各向异性生长—奥斯特瓦尔德熟化”过程。同时详细考察了各种实验条件对产物晶型和形貌的影响。电化学性能研究发现水热反应5和8 h所合成MnO_2产物的电容行为较好,初始放电比容量分别为84.9和75.3 F╱g。模拟锌锰电池测试发现所合成的α-MnO_2纳米棒具有良好的放电性能,在62.5和375 mA/g速率下的放电比容量分别为278和235 mAh/g。 通过温和的湿化学法合成了α-MnO_2球。SEM和TEM分析表明所合成产物是由直径0.3~3μm的球形颗粒构成。条件实验发现温和的反应条件更有利于α-MnO_2球的形成,随着反应温度的升高,所得产物的形貌也将发生变化,讨论了α-MnO_2球的形成机理。模拟锂离子电池性能研究表明,在室温下所合成的α-MnO_2具有良好的电化学性能,其初始放电比容量为206.2 mAh/g,15次循环后的放电比容量仍为154.7 mAh/g。模拟锌锰电池测试发现70℃条件下所得α-MnO_2产物具有良好的放电特性,在50和500 mA/g速率下的放电比容量分别为280和168 mAh/g。 以所制备的α-MnO_2球为前驱体,分别采用溶剂热反应和高温固相反应合成了LiMn_2O_4产物。SEM分析发现溶剂热合成的LiMn_2O_4形貌较不规则,主要为多面体颗粒;而高温固相法合成的LiMn_2O_4材料保持了好的球形形貌,颗粒尺寸为1~10μm。模拟锂离子电池性能研究表明,高温固相反应合成的LiMn_2O_4微球的电化学性能优于溶剂热反应合成的LiMn_2O_4产物。……   
[关键词]:α-MnO_2纳米棒;α-MnO_2球;尖晶石LiMn_2O_4微球;电化学性能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中南大学2007年