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摘 要

可充电锌离子电池作为新型安全、绿色环保的二次电池，同时具有高能量密度和高功率密度、低成本、充放电迅速等特点，未来有望在消费电子、轨道交通、运输等领域得到广泛应用。二氧化锰作为可充电锌离子电池正极材料，应用越来越广泛，本文从电极材料二氧化锰制备、配方筛选以及组装模拟电池测试性能等，对二次锌离子电池进行系统研究。研究发现：低温固相法制备的二氧化锰为亚微米级球状粉末，其粒径分布主要集中在200-300nm之间。分散剂的含量并不是越多越好，较多的分散剂反而会影响粉体的分散。综合考虑，较优的二氧化锰分散工艺为：在2％二氧化锰质量的PEG溶液中，超声分散50min。锌离子电池随着电流密度的提高放电比容量随着下降，在较小的电流密度下有较高的比容量，其中30 mAh/g下最高达到146mAh/g。锌离子电池有着较好的循环稳定性，10次循环后的库伦效率保持在85％以上。

关键词：锌离子电池；二氧化锰；分散稳定性；放电比容量；循环稳定性

Study on Preparation and Properties of Nano-MnO₂ Applied Zinc Ion Battery

ABSTRACT

Rechargeable zinc ion battery as a new type of safe, green secondary batteries, and at the same time with high energy density and high power density, low cost, fast charging and

discharging characteristics, the future is expected to be in the consumer electronics, rail transportation, transportation and other fields has widely used. Manganese dioxide as rechargeable zinc ion battery cathode material, more and more widely used, this article from the electrode materials preparation, formula selection and assembly simulation battery manganese dioxide test performance, etc., researched on secondary zinc ion battery system. Study found that low temperature solid phase method of manganese dioxide sub-micron spherical powder, the particle size distribution were mainly concentrated in between 200-300 nm. The content of dispersant was not the more the better, more dispersant could affect powder scattered instead. Comprehensive consideration, the optimal manganese dioxide dispersion process was: the quality of 2% manganese dioxide in PEG solution, the ultrasonic dispersing 50 min. Zinc ion battery with the increase of current density of discharge specific capacity with decline, under low current density have higher specific capacity, including 30 next to a maximum of 146 mAh/g mAh/g. Zinc ion battery has a good cycle stability, after 10 cycles of coulomb efficiency is above 85%.

Key Words: Zinc ion battery ；Manganese dioxide; Dispersion stability ;Discharge specific capacity；Cycle stability

目录

摘 要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

目录.................................................................................................................................................1

第一章 绪论 2

1.1论文研究的背景和意义 2

1.2锌离子电池工作原理 4

1.3二氧化锰电极的研究进展 5

1.3.1 二氧化锰的晶型结构 5

1.3.2 纳米MnO2的制备方法 6

第二章 实验方案设计 9

2.1实验原料及设备 9

2.2 实验内容及方法 10

2.2.1低温固相法制备二氧化锰 10

2.2.2二氧化锰的分散测试 10

2.2.3电极的制备及电池的组装 11

2.2.4电池性能的测试 11

2.2.5试验流程图 11

第三章 实验结果及分析 13

3.1二氧化锰形貌与粒径 13

3.2二氧化锰的分散 14

3.3电池性能的测试 16

第四章 结论与展望 19

4.1结论 19

4.2问题及展望 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 绪论

1.1论文研究的背景和意义

电池作为一种能量存储和转化装置，已经被广泛应用在各行各业之中，目前广泛使用的电池包括：碱性锌锰电池、锂离子电池、镍氢电池、铅酸蓄电池、镍镉电池等^[1]。其中一次电池只能提供有限的动力，且废弃会造成严重的环境污染。相比一次电池，二次电池可以通过充放电循环重复多次使用，能充分利用原材料，故更加经济实用，同时二次电池还可极大缓解由一次电池废弃带来的重金属污染问题。

一次电池即原电池（primary cell 、primary battery），是放电后不能再充电使其复原的电池，通电电池有正极、负极电解以及容器和隔膜等组成。例如锌锰电池、碱性锌锰电池等。

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