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文檔簡介
1、本文通過一種簡單的酸處理LiMn2O4方法制備λ-MnO2,λ-MnO2同LiMn2O4一樣具有尖晶石結(jié)構(gòu),是一種高性能的電池正極材料。本文首先優(yōu)選出LiMn2O4脫鋰制備λ-MnO2的最佳溫度、最佳H2SO4濃度和最佳反應(yīng)時間,然后分別研究了λ-MnO2在不同鈉鹽和不同鎂鹽中對鈉離子和鎂離子的嵌入/脫出性能。
當(dāng)反應(yīng)溫度為50℃,H2SO4濃度為0.56 mol·dm-3,反應(yīng)時間為12 h時,酸處理LiMn2O4制備的λ-
2、MnO2的XRD衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片完全一致,ICP分析結(jié)果顯示經(jīng)酸處理后,LiMn2O4中鋰離子幾乎完全脫出。通過SEM和TEM表征得出:λ-MnO2的顆粒分布均勻,為納米級的球狀顆粒,直徑大小約為20 nm;當(dāng)充放電電流密度為13.6 mA?g-1時,λ-MnO2電極首次放電比容量達到390.7 mAh?g-1,具有最佳的倍率性能和循環(huán)性能。
λ-MnO2在0.5 mol?dm-3Na2SO4、1mol?dm-3NaNO3和1
3、mol?dm-3NaCl中的電化學(xué)測試結(jié)果顯示:SO42-對Na+在λ-MnO2中的嵌入和脫出影響最小。當(dāng)充放電電流密度為13.6 mA?g-1時,0.5 mol?dm-3Na2SO4中的鈉離子嵌入λ-MnO2的比容量高達409.7 mAh?g-1;在136 mA?g-1下循環(huán)500圈后,放電比容量仍維持在82.3 mAh?g-1左右。對Na2SO4的濃度影響考察可知:當(dāng)電極體系在13.6~680 mA?g-1下測試時,最佳的Na2SO
4、4濃度為0.5 mol?dm-3;當(dāng)電流密度為680~6800 mA?g-1時,λ-MnO2在1 mol?dm-3Na2SO4中具有更佳的倍率性能。λ-MnO2/AC組成的電容電池具有高比能量和高比功率性能,在較低的比功率403 W?Kg-1時,具有較高的比容量82 mAh?g-1和較高的比能量71.7 Wh?Kg-1;在很高的比功率3500 W?Kg-1時,λ-MnO2/AC的能量密度為19.7 Wh?Kg-1。
通過循環(huán)伏
5、安、恒流充放電和交流阻抗等測試方法對λ-MnO2在1 mol?dm-3MgSO4、Mg(NO3)2和MgCl2中的電化學(xué)性能考察得出,Cl-對Mg2+在λ-MnO2中嵌入和脫出的影響最小。當(dāng)測試電流密度為13.6 mA·g-1時,λ-MnO2在1 mol?dm-3MgCl2中的首次放電比容量為478.4 mAh?g-1;當(dāng)電流密度提高500倍,即6800mA·g-1時,比容量還能達到62.1 mAh?g-1;在136 mA·g-1下循環(huán)
6、500次后,放電比容量仍維持在130 mAh?g-1左右。對MgCl2的濃度研究發(fā)現(xiàn):λ-MnO2電極在3 mol?dm-3MgCl2中測試時,電解液中的副反應(yīng)氯氣析出影響最大,嚴(yán)重抑制了鎂離子從λ-MnO2中脫出;而λ-MnO2電極在0.5 mol?dm-3MgCl2中的低倍率性能最好,當(dāng)測試電流密度為13.6 mA·g-1時,首次放電比容量高達545.6 mAh?g-1;而在1 mol?dm-3MgCl2中表現(xiàn)出最佳的大倍率性能和循
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