锰基氧化物纳米材料的可控合成与其电化学性质研究

摘要

MnO2作为锂离子电池的负极材料,具有较高的理论比容量(1232mAh/g),较低的放电平台(～0.40V),丰富的储量,低廉的价格,环境毒性小等特点都使其有潜力成为一种优异的负极材料.但是目前MnO2被广泛地用作超级电容器的材料,却少用于锂离子电池负极材料.主要是因为其循环性能较低,首次循环的巨大比容量很容易在随后的充放电过程中,迅速减少.类似的结果也存在于其倍率性能的测量中.有鉴于此,认为可能是由于电极材料导电性较差等原因所造成的.故以具有稳定界面结构和较低电荷转移电阻的Fe2O3沉积在MnO2表面.同时控制MnO2为一维纳米材料，以缩短锂离子的扩散路径，形成高效导电通路。而对于沉积于其表面的Fe203，形成多孔枝状结构则可以有效地容忍充放电过程中的体积变化，亦增加其与电解液的接触，促进储锂/脱锂的过程。根据这个思路，成功地合成出以β-MnO2纳米棒为骨干，以多孔α-Fe2O3为树枝的一维杂化纳米结构。正如设想的结果一致，该杂化纳米结构表现出优异的铿电性能。在1000 mA/g的电流密度下，循环200圈仍然可以维持在1028mAh/g。在4000 mA/g的电流密度下，可逆容量约为881 mAh/g。