ZnMnO3及Mn掺杂α-Fe2O3的制备、结构表征与储锂性能研究

摘要

锂离子电池作为一种重要的能源储存设备已经广泛的应用于电动车辆及手机、数码相机、笔记本电脑等许多领域中。因此就锂离子电池负极材料而言，商业化的碳类材料石墨由于具有低的比容量，已经不能满足高能量储存设备的要求。过渡金属氧化物具有比传统碳材料更高的可逆容量，被认为是富有前景的锂离子电池负极材料之一。其中，锰和铁的氧化物原料丰富，毒性小，环境污染小，价格便宜，氧化电位低等，由于这些优点使得它们成为锂离子电池负极材料的研究热点。然而，作为备受关注的锂离子电池负极材料，过渡金属氧化物普遍存在着一些影响和制约其实际应用的缺点，如具有较差的电子导电性和差循环稳定性。本论文主要是通过制备二元的过渡金属氧化物和原子掺杂途径分别对锰基氧化物和铁的氧化物进行了改性研究，具体内容如下:
　　(1)通过热分解Zn-Mn碳酸盐前驱体的方法，制备了结晶学上纯相的具有多孔球形结构的ZnMnO3，这种球形结构的平均直径为1.2±0.3μm，表面积为24.3 m2 g-1，首次作为锂离子电池负极材料，对其电化学性能做了研究。在500 mAg-1的电流密度下，这种材料的首次放电容量为1294mAhg-1，经过150次循环后，其可逆容量保持为879mAhg-1。通过比较， ZnO和MnO2等摩尔混合物的储锂容量高于单一氧化物的，但是低于纯相ZnMnO3的储锂容量。ZnMnO3之所以具有优异的电化学性能，是由其多孔球形结构和处于原子水平分散的两种氧化物组分之间的协同效应共同作用所致。
　　(2)采用煅烧草酸盐前驱体的方法合成不同含量的锰掺杂的α-Fe2O3多孔空心四棱柱结构，作为锂离子电池负极材料对其电化学性能进行测试。与纯相的α-Fe2O3相比，锰掺杂的α-Fe2O3的电化学得到了显著的改善，其中Fe1.7Mn0.3O3的电化学性能最好。在200 mA g-1的电流密度下，纯的α-Fe2O3的首次放电容量约为1280mAhg-1，经过80次循环后，容量降到178mAhg-1;而锰掺杂后的氧化物Fe1.7Mn0.3O3的首次放电容量为1190 mAh g-1，循环80圈后可逆容量可达1000.0mAhg-1。所以说，一定量锰的掺杂有利于α-Fe2O3电极的储锂性能的提高。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 锂离子电池概述

1．2．1 锂离子电池的发展及特点

1．2．2 锂离子电池的组成和工作原理

1．3 锂离子电池负极材料

1．4 合金储锂型氧化物

1．4．1 锡基氧化物

1．4．2 硅基氧化物

1．5 氧化还原储锂型氧化物

1．5．1 过渡金属氧化物的制备方法

1．5．2 过渡金属氧化物存在的问题和改进方法

1．6 本论文的选题背景和主要研究内容

参考文献

第二章 实验部分

2．1 实验材料与设备

2．1．1 化学试剂及规格

2．1．2 实验设备及其规格

2．2 材料的结构表征

2．2．1 X-射线粉末衍射(XRD)分析

2．2．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．2．3 透射电子显微镜(TEM)分析

2．2．4 比表面积分析

2．2．5 热分析

2．3 模型电池的组装

2．3．1 电极片的制备

2．3．2 模型电池的组装

2．4 电化学性能测试

2．4．1 恒流充放电测试

2．4．2 循环伏安(CV)测试

第三章 多孔ZnMnO3微球的简易制备及其电化学性能的研究

3．1 引言

3．2 制备过程

3．3 结果与讨论

3．3．1 前驱体和产物的结构表征

3．3．2 ZnMnO3电化学性能的表征

3．3．3 ZnMnO3优异的储锂性能的研究

3．4 本章总结

参考文献

第四章 锰掺杂的α-Fe2O3的可控制备及其电化学性能的研究

4．1 引言

4．2 制备过程

4．3 结果与讨论

4．3．1 结构表征

4．3．2 不同氧化物电化学性能的表征

4．4 本章总结

参考文献

致谢

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