摘要
锂离子电池的研究如火如荼，而锰元素在其中扮演了重要角色。锰氧化物制备工艺较简单、对生态友好、产量丰富且具有较高的比容量和稳定的电压平等优点，比其它氧化物体系能更好地满足应用要求，成为研究热点之一。从扩宽锰氧化物电化学性能应用渠道出发，本文研究了硫酸锰溶液制备 Mn2O3前躯体，考查了pH调节剂对Mn2O3前躯体形貌和电化学性能的影响规律；还研究了Mn2O3前躯体焙烧制备 Mn2O3的反应机理和生成规律，考查了制备条件对Mn2O3的形貌、物相和电化学性能的影响规律；最后通过其制备的锰酸锂电化学性能对Mn2O3的性质进行深入评价，考查了锰-锂摩尔比、焙烧温度、焙烧时间等对锰酸锂 CV曲线、循环性能等影响。从而获得适宜的 Mn2O3制备条件及其在锂离子电池中的应用调控机制。 （1）Mn2O3前驱体制备研究。以硫酸锰为原料、ADD 为调节剂制备的Mn2O3前驱体材料的物相几乎为 Mn3O4，没有其他杂质、产物纯度高、结晶度好、晶粒较大；它的形状为杆型，长度约为 200nm，表面积为60.47m2/g、振实密度为1.11 g/cm3；在1C的电流密度下首次放电比容量为579mAhg-1，循环200圈后比容量为 382.2mAhg-1，比容量保持率为 66%；拟合阻抗为 240Ω，电化学性能相对较好，有良好应用前景。 （2）Mn2O3的制备研究。随着焙烧时间的延长，所生成的Mn2O3晶相含量逐渐升高，晶粒逐渐增大，但电化学性能变化程度不明显；随着焙烧温度的升高，所生成的 Mn2O3晶相含量逐渐升高，晶粒逐渐增大，电化学性能先逐渐变好后变差。当焙烧时间为 8h、焙烧温度为 700℃制备出的 Mn2O3具有较佳的物化性能和电化学性能，其晶相含量高、晶粒大、结晶度高；其为颗粒长度大约为 700nm的杆形，颗粒间隙大、尺寸均匀；首次放电比容量为 1630.7mAhg-1，经过 200次循环后，其放电比容量为 712.1mAhg-1，拟合阻抗为 129Ω，比大部分过渡金属氧化物的比容量有优势。 （3）Mn2O3制备正极材料的研究。随着锰-锂摩尔比增加，LiMn2O4电化学性能先增大后减小；随着焙烧时间的延长，所生成的 LiMn2O4晶相含量逐渐升高，晶粒逐渐增大，电化学性能先增大后减小；随着焙烧温度的升高，所生成的 LiMn2O4晶相含量逐渐升高，晶粒逐渐增大，电化学性能逐渐变好。当锰-锂摩尔比为 2∶1.1、焙烧时间为6h、焙烧温度为 900℃时制备的锰酸锂材料电化学性能最佳，首次充放电比容量分别为130.8mAh/g和128.6mAh/g，循环200次后的充放电比容量分别为109.8mAh/g和108.9mAh/g，充放电比容量保持率分别为83.6%和84.1%。可见，Mn2O3也可作为锰酸锂的锰源之一，从而拓宽Mn2O3的应用渠道。 （4）通过对氨水调节剂加入乙醇和表面活性剂制备Mn2O3前驱体材料吸附性降低能，易于脱出吸附于材料表面的杂质，增大表面积，提高了电化学性能。通过焙烧制备的 Mn2O3材料结构稳定抑制反应中体积膨胀造成的结构坍塌问题，电化学性能进一步提高， 200次循环后，其放电比容量为712.1mAhg-1，远高于传统的金属过度氧化物和商业常用的锂离子负极材料。通过 Mn2O3制备的锰酸锂，其电化学性能优越，拓宽 Mn2O3在锂离子电池应用渠道。
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