● 摘要
锂离子电池由于具有能量密度高、重量轻、循环周期长等优点，被广泛用于电子产品中。其中层状结构LiMnO2 和尖晶石的 LiMn2O4锰酸锂材料具有经济、储量丰富及无污染等特点，有望取代目前市场上广泛应用的LiCoO2，成为商业用锂离子电池正极材料。近年来的研究表明，锰酸锂（Li-Mn-O）的容量与材料的微观结构有关，如材料微粒的形状、粒径分布、比表面积等，具有特殊结构和特殊形貌的纳米材料引起了广泛的关注，人们对于制备纳米锰酸锂材料进行了积极的研究。本文采用水热法，通过调节反应参数，制备出了超长MnOOH纳米线。并以MnOOH为前驱体，与LiOH在水热条件下发生离子交换反应，制备出了片状的锰酸锂氧化物。研究结果表明，在锂离子嵌入晶格过程中，发生了复杂相变，LiOH在反应中不仅起到锂源的作用，同时也对MnOOH起到腐蚀作用，使得产物形貌与前驱体MnOOH的纳米线截然不同。本文采用一步水热法，首次以MnSO4•H2O、KMnO4、LiOH作为前驱体，通过改变反应物的浓度、比例、反应时间等参数，分别制备得到了层状结构Li2MnO3纳米棒(大小约30nm)、正交结构o-LiMnO2纳米颗粒和由15nm厚的纳米片自组装而成的LiMn2O4亚微米球；并在此基础上使用一步水热法进行了简单的元素掺杂尝试。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对试验产物Li-Mn-O进行表征，研究了不同的反应参数对合成样品的晶体结构和形貌的影响，并对产物的电化学性能进行了测试分析。所制备的纳米Li2MnO3具有很高的放电比容量，初始容量达243 mAh•g-1；纳米LiMnO2和Li2MnO4也具有较高的比容量，初始容量分别达到160 mAh•g-1和137 mAh•g-1，显示出了纳米正极材料的优势。本文为制备电化学性能优异的Li-Mn-O系正极材料提供了一种简便的新方法，对锰酸锂正极材料的研究与应用有重要意义。