鋰空氣電池用MnO2電化學性能及其與碳基體匹配關系研究.pdf

1、隨著社會的快速發(fā)展，現有電子器件的續(xù)航能力遠達不到要求，尤其是在動力電源領域對電池的能量密度提出了更高的要求。鋰空氣電池因具有較高的理論比能量(包含氧氣時為5200 Wh/kg)成為研究熱點，其中非質子型鋰空氣電池是研究較多、技術相對成熟的一種。
　　但是，非質子型鋰空氣電池也面臨著諸多技術難題，如電池極化大、空氣中的H2O和CO2影響電池性能等。為了推進鋰空氣電池的工業(yè)化生產，本文首先制備了一種能夠有效降低空氣中的水分子穿過的防

2、水透氣膜，從而降低了副反應的發(fā)生；在此基礎上研究了不同水熱反應時間和溫度下得到的α-MnO2納米線的形貌、比表面積、孔徑分布和催化性能，確定了最佳合成工藝；通過分析，確定空氣電極的孔道結構是影響電池性能的主要因素，進而研究空氣電極中α-MnO2與石墨和Super P的匹配關系，并建立了空氣電極結構模型；同時研究了電池結構和放電條件對電池性能的影響，以及對合成α-MnO2的改進措施。
　　通過XRD、SEM、氮氣吸脫附及LSV測試分

3、析，確定180 oC、12 h合成條件下可以得到具有較好氧還原催化性能的α-MnO2納米線，其比表面積為66.4603 m2/g。
　　將放電結束后的電池拆分為正極、負極、玻璃纖維隔膜和PP隔膜，分別組裝為四組電池，放電測試、阻抗測試以及SEM測試表明空氣電極的孔道結構是影響電池性能的主要因素。因此，選擇顆粒尺寸具有代表性的石墨和Super P為導電劑，通過控制 MnO2與碳載體的比例，得到不同孔徑分布的正極進行測試。實驗表明，S

4、uper P體系中，微孔及其附近的介孔所占比例較大，首次放電比容量高達3272.3 mAh/g；而石墨體系中大孔比例高，首次放電比容量較低約為200.0 mAh/g，但容量保持率較高；將兩者混合，當正極材料質量比為9:12:6:5時孔徑分布較廣，首次與第二次放電比容量分別為649.5 mAh/g和775.4 mAh/g。
　　分別在電池孔附近涂覆不同面積的活性物質，組裝電池進行放電性能測試，當涂覆正極活性物質直徑為16.2 mm時

5、，電池具有最長的放電時間5241 min，表明空氣電極端活性物質得到充分利用。雙孔電池首次放電比容量略高于單孔電池，但是阻抗變化較大，不利于二次放電?？刂品烹娚疃瓤梢越档碗姌O極化，控制比容量為259.7 mAh/g進行恒容放電，電池可以實現8次循環(huán)，放電電壓約為2.4 V。同時制備了摻雜Fe3+的α-MnO2復合催化劑，實驗表明，添加摩爾比為5％(34KMnOnFe?:n)的Fe3+時能夠明顯降低顆粒團聚，有效提高催化性能。