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摘要：锂离子电池由于具有高的能量密度和功率密度可以作为电动交通工具的驱动力而受到广泛关注。但是,现阶段商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨基材料,它的论述比容量只有372mAh g-1,已不能满足大功率、高能量的动力电池的需求。过渡金属氧化物由于其特殊的储锂机理,它们的论述比容量一般比较高(450mAh g-1至1500mAh g-1).远远高出石墨的比容量,有比较广阔的运用前景。而且过渡金属氧化也是良好催化剂。但是,块体材料的过渡金属氧化物的储锂性能和催化性能都有着一定的不足(容易粉化和效率低等)。由此本论文主要合成纳米级的过渡金属氧化物,以提升过渡金属氧化物储锂性能和催化性能,改善块体材料的不足。我们利用简单的水热策略以高锰酸钾和聚乙二醇400为原料,在160℃反应5h,制得了多枝状的MnOOH纳米棒。并且探讨多枝状纳米棒的形成机理,由于聚乙二醇400是一个非离子型的表面活性剂,很容易吸附在金属氧化物胶体的某个晶面,使其产生各项异性生长,最终形成一维结构。随着反应时间的进行,为了进一步降低表面能,一维纳米棒不断的聚集,以而导致了多枝状纳米棒的产生。然后,我们以多枝状MnOOH纳米棒为前躯体,通过制约煅烧温度和气氛,制得了多枝状的β-MnO2、Mn2O3多孔和非多孔的Mn3O4、MnO和Mn5O8等锰的氧化物。在这些氧化物当中,尤其是多孔的Mn3O4具有良好的储锂能力和催化氧化亚甲蓝的能力。这些优异的性能,可能是由于其特殊的结构引起的,一维结构具有一维的电子传导能力,能够加速电子的传导。多孔结构导致大的比表面积,有利于电解液和电极材料的接触,同时,其空隙也有利于锂离子在其内部的穿梭,增加了其储锂的能力。高的比表面积也有利于其催化性能的提升。通过改善反应条件,仍然以高锰酸钾和聚乙二醇400为原料,我们制得了一维的MnOOH纳米棒。然后以MnOOH纳米棒为自牺牲模板,以氢氧化锂为反应原料在700℃反应10h,制得了直径约为100纳米,长几个微米的锰酸锂纳米棒。我们利用SEM、TEM、HRTEM和XRD对合成的锰酸锂纳米棒进行了结构和物相的表征。电池测试表明,合成的一维锰酸锂纳米棒是一个良好的锂离子电池正极材料。当在3.0～4.3之间进行充放电时,在1C的倍率下,五十圈循环后它的容量依然保持在107mAh g-1。在2C时,五十圈循环后,容量依然为100mAh g-1。即使在10C的倍率下500圈循环后,它的容量为67mAh g-1。这与碳纳米管复合的锰酸锂性质相当。合成的一维锰酸锂之所有好的性能,可能是由于其一维结构和良好的反应原料(MnOOH)引起的。一维结构有利于电子传导。而MnOOH不但在合成锰酸锂的历程中,可以形成多孔,有利于锂盐与其充分接触,使反应更加充分；同时,生成的锰酸锂也是四方相与六方相的混合相。有利于提升其循环性能。我们通过TGA探讨MnOOH与氢氧化锂反应的历程和机理。我们以合成的MnOOH纳米棒为自牺牲模板,以Zn(OH)2为反应原料,在700℃下反应2h,得到了直径在80～150nm,长度为几个微米的长条面包状的ZnMn204的纳米棒。我们对长条面包状ZnMn2O4纳米棒进行了FT-IR、XRD、TEM、SEM和HRTEM表征。电化学测试表明合成的ZnMn2O4纳米棒不但具有良好的循环性能,而且具有很好的倍率性能。在500mAg-1的电流下,经过100循环后,电池的容量依然保持在517mAh g-1。电池的倍率性能也很好。形成长条面包状的ZnMn2O4纳米棒的实验条件和可能反应机理进行了讨论。我们以硼酸和二茂铁为原料,通过简单的热共分解法,一步制备出了海胆状的碳包覆硼酸铁。这种海胆状的结构是由碳包覆的硼酸铁纳米电缆生长在碳包覆的硼酸铁微球上构成。经过盐酸处理后,可以除去里面的硼酸铁,得到海胆状的空心碳材料。在反应历程中,硼酸不断的释放水和三氧化二硼,三氧化二硼和水在形成海胆状硼酸铁的历程中起着非常关键的作用。当利用其他可以释放出水和三氧化二硼的物质作原料时,也可以得到海胆状硼酸铁。同时,我们考察了反应条件对产物的影响。关键词：纳米材料论文锂离子电池论文过渡金属氧化物论文
中文摘要8-10
ABSTRACT10-13
符号说明13-14
第一章 绪论14-38
1.1 引言14-15
第一节 纳米材料的基本概念15-38
1.1 纳米材料的概念和基本性质15
1.2 纳米材料的特性15-16
1.3 纳米材料的运用16-19
1.4 过渡金属氧化物作为锂离子电极材料的运用近况19-25
1.5 本论文的革新之处25-27
.4.1 产品物相浅析74-754.4.2 产品形貌浅析75-76
4.4.3 反应条件的影响76-78
4.4.4 锂离子电池性能测试78-81
4.5 结论81-82