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摘要：多孔结构可以克服锂离子电池充放电过程中体积膨胀的问题，具有特定形貌的微纳米晶可以提高锂离子的传输速度，所以合成出一种具有多孔结构和特定形貌的微纳米晶则可以同时提高锂离子电池的容量和循环稳定性。在本论文中，通过水热法，在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的协助下合成出了MnCO3微米方块，置于不同温度下煅烧，得到了具有孔状结构的Mn2O3微米方块。通过改变煅烧温度，孔隙尺寸可以从3.7 nm调至25 nm。相比较于其它孔隙尺寸，具有3.7 nm孔隙尺寸的微米方块具有最高的锂离子电池性能，表现为在100 mA g-1的条件下循环50次后，可逆容量仍高达830 mA h g-1。42679
毕业论文关键词：多孔结构、三氧化二锰、锂离子电池
Synthesis of porous Mn2O3 microcubes and correspongding lithium ion batteries properties
Abstract: Porous structure can simultaneously be able to overcome volume expansion and the special morphology can increase the Li-ion transfer speed. Therefore, designing of a microcubes with a porous structure can improve the capacity and cycling stability of Li-ion batteries. In this thesis, porous Mn2O3 microcubes have been successfully prepared by the high-temperature annealing MnCO3 microcubes as precursor. The porous sizes can be tuned from 3.7 nm to 25 nm by changing the calcinations temperatures. The microcube with porous sizes of 3.7 nm has best activity used as a Li-ion battery anode with a high reversible capacity of 830 mA h g-1 after 50 cycles at 100 mA g-1.
Keyword: porous structure; Mn2O3; lithium ion batteries
1 引言
因为锂离子电池的可逆容量高，质量较轻且具有较长周期的寿命，故已被广泛应用于电子设备[1-2]。 为进一步扩大其在电动交通工具和电网上的使用[3-6]，需要设计高能量密度电池，关键因素之一是设计合适的电极材料[7-8]。电极材料不同表面的不同原子排布影响着锂离子的迁移速率。因此，具有不同形貌的电极材料对电化学反应表现出不同的活性[9-13]。
在使用具有高理论容量的金属氧化物作为阳极材料时，要考虑到锂离子在充放电过程中体积的膨胀问题。因为体积的变化会造成一个大的容量损失而且电池循环稳定性也会变差，进而阻碍了它在LIBS的实际应用[14-15]。构建高比表面积的多孔材料是针对上述问题很有效的方法[16-21]。因为在电池充放电的可逆过程中，内部的多孔结构能够缓冲工作电极引起的体积变化，从而提高了迁移速率和循环稳定性。基于以上的分析，我们合成了一种可以既增大锂离子的移动速率又克服了体积膨胀的缺点的具有多孔结构和特殊形貌的材料，来达到提高锂离子电池的稳定性和循环性能的效果。
在各种阳极金属氧化物中，Mn2O3由于它具有1018 mA h g-1的高理论容量并且资源储量大和环境友好等特点成为当前最有前景的材料[22-27]。现在有文献报道已合成出了具有多孔结构的Mn2O3，但是合成出的多孔Mn2O3大多数都没有呈现出特殊形貌[23-31]。而本篇论文通过合成出一种具有特定形貌的多孔Mn2O3微米方块来改善其在锂电方面的应用。
2实验部分
2.1 MnCO3方块的制备
1 mmol KMnO4加入到6 mL 乙二醇和水的混合溶液中（V乙二醇/V水=1/1)，剧烈搅拌1分钟后，加入2 mmol (NH4)2CO3和 0.315 g PVP-K30 ，持续搅拌10分钟，所得的体系转移至25 mL反应釜中，放至高压灭菌器中200 oC反应12个小时。产物离心后，用去离子水和无水乙醇洗3次，60 oC过夜烘干。
2.2 多孔Mn2O3纳米方块的制备
制备好的MnCO3方块放人瓷坩埚中，加热至500 oC（加热速率是5 oC•min-1，500 oC煅烧30分钟后，土色的前驱物转变为黑色，为了找到形成多孔Mn2O3纳米方块的关键因素，我们对煅烧温度的影响进行了系列实验。
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