关键词:
ε-MnO_(2)
水热法
Fe掺杂
Li-MnO_(2)二次电池
锂电池
纳米片
正极材料
摘要:
二氧化锰因资源丰富、价廉、无污染等特点,有望成为下一代锂电池正极材料。由于二氧化锰结晶形态的多样性,因此可以通过结构状态优化电极材料的制备方法,制备出具有优良的锂嵌入脱出性能的电极。然而,二氧化锰在循环过程中体积的变化及本征电导率低的原因,导致材料的容量衰减十分迅速。为了改善上述问题,可采用多种策略,如制备纳米结构的MnO_(2)、掺入其他元素稳定结构、与高导电的碳材料复合等,改善二氧化锰的电化学性能。以高锰酸钾(KMnO_(4))和十八水合硫酸亚铁(FeSO_(4)·18H_(2)O)为原料,通过水热反应在碳布上(CC)生长Fe掺杂的ε-MnO_(2)纳米片,同时为了提高纳米片正极的导电性和稳定性,将导电炭黑(Super P)和海藻酸钠(SA)的混合物涂敷在电极表面。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱,分别对MnO_(2)纳米片正极样品的形貌和结构进行了表征;使用循环伏安法(CV)、恒流充放电等方法,研究MnO_(2)纳米片正极样品的电化学性能。结果表明,Fe掺杂后的ε-MnO_(2)晶体尺寸减小,同时电荷转移电阻(R_(ct))变小,纳米片正极的电化学性能得到提高。在电极上涂覆Super P和SA后,电极的锂离子扩散系数提高,长循环性能与倍率性能进一步提高,在0.5C电流密度下,循环100圈后,电极的放电比容量为151.8 mA·h·g^(-1),比相同条件下制备的纯MnO_(2)的放电比容量提高了83.4 mA·h·g^(-1);在2C大电流密度下循环120圈后,MnO_(2)纳米片电极的比容量为133.4 mA·h·g^(-1)。