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电沉积纳米氧化锰电极材料及其电化学性能研究
电沉积纳米氧化锰电极材料及其电化学性能研究
摘要：本文研究了电沉积纳米氧化锰制备电极材料及其电化学性能。首先，采用电化学合成方法制备纳米氧化锰粉末，并通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对样品进行表征；其次，使用电沉积法在玻碳电极表面制备纳米氧化锰电极，并通过循环伏安、恒流充放电等实验方法研究其电化学性能；最后，分析了不同纳米氧化锰电极材料在锂离子电池中的应用前景。
关键词：电沉积；纳米氧化锰；电极材料；电化学性能；锂离子电池
1.研究背景
锂离子电池作为目前市场上用得最普遍的电池，其采用的正极和负极材料是电池中最关键的部件之一。为了获得高能量密度和高功率密度的电池，研究新型的正负极材料及其制备方法一直是锂离子电池领域的热点问题。纳米氧化物是一类重要的正极材料，由于其具有高比表面积、较小的粒径和良好的电化学性能，成为了研究的热点领域。
2.实验方法
2.1材料的制备
采用电化学合成法制备纳米氧化锰，选择10mM的MnSO4为前体物质，在20℃下进行反应。将前体物质溶解在去离子水中，并在磁子搅拌下加入NaOH溶液，调节pH值到11，然后在400rpm下进行搅拌，反应4h。最终得到的纳米氧化锰通过XRD、SEM、TEM等实验手段进行表征。
电沉积纳米氧化锰电极，先将玻碳电极进行超声波清洗，并风干至室温。然后将纳米氧化锰粉末和聚丙烯酰胺溶液均匀混合，得到悬液。将电极泡入悬液中，在-1.8V下进行电沉积5分钟，得到固定的电极材料。
2.2实验装置
本实验采用的电化学测试系统为AutolabPGSTAT302N型电化学测试仪。采用的电化学池为三电极池，其中工作电极为纳米氧化锰电极，对比电极为Ag/AgCl电极，参比电极为Pt电极。实验过程中，对电极进行了循环伏安、恒流充放电等测试。
3.结果与讨论
3.1纳米氧化锰的表征
采用XRD方法对合成的纳米氧化锰粉末进行了表征，根据其XRD图谱得到其晶体结构为四方晶系的纳米氧化锰。在不同角度下，出现了(111)、(200)、(220)和(311)四条衍射峰，与JCPDS卡片的纳米氧化锰衍射峰高度相似，表明纳米氧化锰的制备成功。通过SEM和TEM对粉末进行观察，发现纳米氧化锰的直径约为20~50nm，形貌呈现球形。
3.2纳米氧化锰电极的制备及电化学性能
采用电沉积法在玻碳电极上制备纳米氧化锰电极，并进行循环伏安、恒流充放电等实验方法研究其电化学性能。实验结果表明，在锂离子电池中，纳米氧化锰的充放电过程中表现出了稳定的循环性能和优异的放电比容量。其循环性能表现为，充放电电位大小基本不变，且无明显的峰和波纹的出现，纳米氧化锰电极循环稳定性好，经过50次循环充放电后容量保持率达到了85%以上。循环伏安测试结果表明，纳米氧化锰电极在3.0~4.3V范围内有明显的氧化还原峰出现。恒流充放电测试发现，在1C倍率下，纳米氧化锰电极首次放电比容量为96mAh/g，经过前10次循环充放电后容量稍有下降，然而仍然保持在85mAh/g左右。
4.结论与展望
本实验采用电化学合成和电沉积法制备纳米氧化锰材料，并研究了其电化学性能。结果表明，所制备的纳米氧化锰有较好的电化学性能和循环稳定性，具有较好的应用前景，适合作为锂离子电池正极材料。研究表明，纳米氧化锰的制备方法对其在锂离子电池中的应用有着较大的影响，值得在今后的研究中进一步探索。