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    B摻雜MnO2的制備及其電化學性能

    681   編輯：中冶有色網   來源：夏傲,趙晨鵬,曾嘯雄,韓曰鵬,談國強  
    2024-04-09 15:39:07
    離子電池對環境友好，使用壽命長，質量輕和制造方便，是便攜式電子設備和新能源汽車的基本電源[1~4] 近年來隨著電子產品的迭代更新，對鋰離子電池的能量密度、充放電速度和安全性能提出了更高的要求 負極材料是鋰離子電池的主要組成部分，對電池的性能有重要的影響 目前的商用負極材料是石墨，但是其理論比容量較低(372 mAh·g-1) 鋰離子的脫嵌速率低、能量和功率密度也比較低，限制了鋰離子電池的使用[5~8] 尋找具有更高容量和循環穩定性的負極材料，是當前較受關注的熱點之一 過渡金屬氧化物MnO2具有較高的理論比容量(~1230 mAh·g-1)，且有制備工藝簡單且其儲量豐富及環保，是一種具有發展前景的負極材料 MnO2晶體的基本結構單元為[MnO6]八面體 根據[MnO6]八面體結合方式的不同，MnO2分為一維的隧道結構(α-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2等)，二維的層狀結構(δ-MnO2)和三維的網狀結構(λ-MnO2) 水鈉/鉀錳礦型MnO2(Birnessite)屬于二維層狀結構，具有T(2×∞)構型，[MnO6]八面體共邊相連構成八面體層，層間有水分子和平衡電荷的Na+或K+離子，層間距約為0.7 nm[9] 這種二維層狀結構便于在充放電過程中Li+離子在電極材料中脫出和嵌入，但是MnO2較低的本征電子電導率限制其可逆容量及高倍率性能的發揮 迄今為止，MnO2電極材料的改性方法主要有納米結構設計，復合導電劑和離子摻雜等 離子摻雜，是在禁帶引入雜質能級從而提高材料導電性能 近年來，許多研究人員致力于金屬陽離子摻雜MnO2電極的研究 Hu[10]等用水熱法制備了海膽狀結構的Al3+離子摻雜α-MnO2電極材料，理論計算發現摻雜后費米能級向導帶移動，價帶和導帶之間出現新的能級；MnO2的導電性提高，其比電容可達213 F·g-1，并且在循環15000次后仍有91%的保持率 Xu[11]等用水熱法制備了Cu2+摻雜棒狀結構β-MnO2的正極材料，Cu2+的摻雜減小了電荷轉移阻抗，提高了其導電性，在50 mA·g-1的電流密度下循環100次后仍然保持有125 mAh·g-1的可逆容量 Zeng[12]等用水熱法分別制備了納米棒狀的Al3+和Ni2+分別摻雜MnO2以及Al3+、Ni2+共摻雜的MnO2的正極材料，Al3+和Ni2+的共摻雜提高了Li+離子在電極內部
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