超细二氧化锰的制备、商用二氧化锰的改性及其电化学性能研究

摘要

二氧化锰具有诸多优点，被广泛应用于电池工业中，其品质对锌锰电池的性能起着决定性作用。超细γ-MnO2由于具有较大的比表面积，所以显示了较好的电化学性能。在本论文的第三章中，通过KMnO4和H2O2在一定条件下反应，制得了超细γ-MnO2。作者对所得样品在不同温度下进行晶化处理，详细地研究了晶化处理对样品的物理性质和电化学性能的影响。实验结果表明晶化处理对样品的物理性质和电化学性能有显著影响，并且发现经200℃晶化处理的样品具有最佳的电化学性能，在重负荷放电条件下，其放电比容量比商用MnO2高出28.6％。 第四章中，作者采用Ca(OH)2和Sr(OH)2对商用MnO2进行了表面处理。扫描电镜照片显示表面处理明显改变了MnO2的形貌。电化学测试表明表面包覆处理减少了MnO2电极反应极化，提高了放电电位、放电容量和循环稳定性。 第五章中，作者研究了添加剂单质Bi、Bi2O3和Ca(OH)2对MnO2电化学性能的影响。与纯MnO2样品相比，添加Bi和Bi2O3的样品显示了较大的放电容量和较好的循环稳定性，且放电容量随着Bi含量的增大而增加。恒电位放电曲线显示添加Ca(OH)2能够提高MnO2的放电电位，但是添加Bi和Bi2O3则降低了MnO2的放电电位。因此作者采用了Ca(OH)2和Bi对MnO2进行复合掺杂，并研究了其电化学性能。结果发现掺杂Ca(OH)2后有效弥补了单掺Bi引起放电电位降低的不足，即保持了一定的放电容量，又具有较高的放电电位，从而在很大程度上提高了MnO2的电化学性能。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

§1.1化学电源概述

§1.1.1化学电源的起源

§1.1.2化学电源的发展

§1.2锌锰电池概述

§1.2.1锌锰电池的发展

§1.2.2锌锰电池的前景

§1.3二氧化锰的物理性质

§1.3.1二氧化锰的结构

§1.3.2二氧化锰的晶型种类

§1.3.3二氧化锰颗粒大小

§1.3.4二氧化锰的导电性

§1.4二氧化锰的电化学性能

§1.4.1二氧化锰的放电机理概要

§1.4.2不同条件下二氧化锰的放电特性

§1.5二氧化锰作为电池材料的研究进展

§1.5.1天然二氧化锰(NMD)

§1.5.2电解二氧化锰(EMD)

§1.5.3化学二氧化锰(CMD)

§1.5.4纳米二氧化锰(NanoMD)

§1.5.5二氧化锰作为电池材料存在的问题及解决方案

§1.6论文选题背景、意义及研究内容

第二章实验内容和测试方法

§2.1化学试剂与测试仪器

§2.1.1化学试剂

§2.1.2测试仪器

§2.2样品的制备与改性

§2.2.1化学沉淀法制备超细MnO2

§2.2.2 MnO2的改性处理

§2.3样品物理性质的表征方法

§2.3.1分析测试手段

§2.3.2视密度的测定

§2.3.3 FeSO4还原法测定MnOx中的MnO2、Mn含量及x值

§2.4样品电化学性能测试

§2.4.1涂膏式电极的制作

§2.4.2恒流充放电性能测试

§2.4.3循环伏安测试

§2.4.4电化学阻抗谱测试

第三章超细γ-MnO2制备及晶化处理对其物理性质和电化学性能的影响

§3.1前言

§3.2实验方法

§3.2.1超细MnO2的制备方法

§3.2.2样品的表征方法

§3.2.3电极性能测试

§3.3超细MnO2合成条件的优化

§3.4样品的物理性质

§3.4.1 TG/DSC

§3.4.2 SEM

§3.4.3 XRD

§3.4.4粒径分布

§3.4.5IR特性

§3.4.6视密度的测定

§3.5样品的电化学性能

§3.5.1样品恒电流放电曲线

§3.5.2电流密度对样品放电性能的影响

§3.5.3循环伏安曲线

§3.5.4电化学阻抗谱

§3.6化学沉淀法掺Ni对MnO2电化学性能的影响

§3.6.1实验方法

§3.6.2样品的恒电流放电曲线

§3.6.3样品的循环伏安曲线

§3.7本章小结

第四章表面处理对MnO2电化学性能的影响

§4.1前言

§4.2实验方法

§4.2.1样品的制备

§4.2.2合成过程中pH值的确定

§4.2.3样品的表征方法

§4.2.4电极性能测试

§4.2.5样品质子扩散系数的测试

§4.3包覆Ca(OH)2对MnO2物理性质的影响

§4.3.1 SEM

§4.3.2样品成分分析

§4.4表面包覆Ca(OH)2对MnO2电化学性能的影响

§4.4.1电流密度对样品电化学性能的影响

§44.2样品的循环稳定性能

§4.4.3循环伏安曲线

§4.4.4电化学阻抗谱

§4.4.5质子扩散系数的测定

§4.5包覆Sr(OH)2对MnO2物理性质和电化学性能的影响

§4.5.1样品的物理性质

§4.5.2样品的恒电流放电曲线

§4.5.3样品浅度充放电循环稳定性能

§4.6本章小结

第五章掺杂对MnO2电化学性能的影响

§5.1前言

§5.2实验方法

§5.2.1金属Bi粉的制各

§5.2.2 MnO2电极的制备

§5.2.3 电极性能测试

§5.3掺Bi对MnO2电化学性能的影响

§5.3.1样品恒电流放电曲线

§5.3.2电流密度及Bi的含量对MnO2放电性能的影响

§5.3.3电化学阻抗谱(EIS)测试

§5.3.4样品深度充放电的循环稳定性

§5.4掺杂Ca(OH)2对MnO2电化学性能的影响

§5.5 Ca(OH)2和单质Bi复合掺杂对MnO2放电性能的影响

§5.5.1恒电流一次充放电曲线

§5.5.2样品的循环稳定性

§5.6本章小结

总 结

参考文献

硕士期间发表论文

致 谢