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B掺杂MnO2的制备及其电化学性能

576   编辑：中冶有色网   来源：夏傲,赵晨鹏,曾啸雄,韩曰鹏,谈国强  
2024-04-09 15:39:07
离子电池对环境友好，使用寿命长，质量轻和制造方便，是便携式电子设备和新能源汽车的基本电源[1~4] 近年来随着电子产品的迭代更新，对锂离子电池的能量密度、充放电速度和安全性能提出了更高的要求 负极材料是锂离子电池的主要组成部分，对电池的性能有重要的影响 目前的商用负极材料是石墨，但是其理论比容量较低(372 mAh·g-1) 锂离子的脱嵌速率低、能量和功率密度也比较低，限制了锂离子电池的使用[5~8] 寻找具有更高容量和循环稳定性的负极材料，是当前较受关注的热点之一 过渡金属氧化物MnO2具有较高的理论比容量(~1230 mAh·g-1)，且有制备工艺简单且其储量丰富及环保，是一种具有发展前景的负极材料 MnO2晶体的基本结构单元为[MnO6]八面体 根据[MnO6]八面体结合方式的不同，MnO2分为一维的隧道结构(α-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2等)，二维的层状结构(δ-MnO2)和三维的网状结构(λ-MnO2) 水钠/钾锰矿型MnO2(Birnessite)属于二维层状结构，具有T(2×∞)构型，[MnO6]八面体共边相连构成八面体层，层间有水分子和平衡电荷的Na+或K+离子，层间距约为0.7 nm[9] 这种二维层状结构便于在充放电过程中Li+离子在电极材料中脱出和嵌入，但是MnO2较低的本征电子电导率限制其可逆容量及高倍率性能的发挥 迄今为止，MnO2电极材料的改性方法主要有纳米结构设计，复合导电剂和离子掺杂等 离子掺杂，是在禁带引入杂质能级从而提高材料导电性能 近年来，许多研究人员致力于金属阳离子掺杂MnO2电极的研究 Hu[10]等用水热法制备了海胆状结构的Al3+离子掺杂α-MnO2电极材料，理论计算发现掺杂后费米能级向导带移动，价带和导带之间出现新的能级；MnO2的导电性提高，其比电容可达213 F·g-1，并且在循环15000次后仍有91%的保持率 Xu[11]等用水热法制备了Cu2+掺杂棒状结构β-MnO2的正极材料，Cu2+的掺杂减小了电荷转移阻抗，提高了其导电性，在50 mA·g-1的电流密度下循环100次后仍然保持有125 mAh·g-1的可逆容量 Zeng[12]等用水热法分别制备了纳米棒状的Al3+和Ni2+分别掺杂MnO2以及Al3+、Ni2+共掺杂的MnO2的正极材料，Al3+和Ni2+的共掺杂提高了Li+离子在电极内部
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