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近年来,科学家们研究了不同种类的锂离子嵌入化合物在ARLBs中的电化学性能并通过新的合成及改性方法,提高其在ARLBs中的电化学性能。制备适用于水系电解质且具有优良循环稳定性的正负极电极材料至关重要。由于LiMn2O4资源丰富、价格低,并且对环境友好,是最适合用作ARLBs的正极材料之一。因此,本文制备了LiMn2O4纳米颗粒和多孔球状颗粒,分别探讨了它们在ARLBs中的电化学性能,并通过CNTs掺杂和应用水凝胶电解质的方法来提高材料的循环稳定性,并研究探讨了相关合成机理和最优合成工艺。通过研究反应时间,反应原料用量对一步水热法制备出的LiMn2O4纳米颗粒的晶体结构和电化学性能的影响,探究了其反应过程和反应机理。分析得出在KMnO4/ascorbic acid摩尔比为4.5:1,KMnO4/LiOH摩尔比为1:1.3时180℃水热反应5 h能合成颗粒尺寸均一,高结晶度的纳米LiMn2O4。在最优条件下合成出的纳米尖晶石LiMn2O4在水系电解质中0.5 C倍率下可以获得120 mAh/g的放电比容量,即使在10 C倍率下仍能获得88.6 mAh/g的高放电比容量。在一步水热法合成纳米尖晶石LiMn2O4的基础上,通过在合成过程中加入具有优良导电性和稳定性的CNTs,合成了高结晶度的簇状Li Mn2O4/CNTs复合材料。研究了不同还原剂用量下合成的LiMn2O4/CNTs复合材料的物理性能,电化学性能及其充放电过程中的动力学性能,详细的分析了还原剂和CNTs对其物理性能和电化学性能的影响。在最优条件下合成出的LiMn2O4/CNTs复合材料在水系电解质中1.0 C倍率下可以获得126.1 m Ah/g的放电比容量,即使在20 C倍率下仍能获得100.3 mAh/g的高放电比容量,高导电性CNTs的加入不仅使得材料的倍率性能大大提高,该复合材料的长循环稳定性也有了很大的提高,在5.0 C倍率下循环600圈后仍能保持首圈容量的82%。此外,还研究了多孔球状LiMn2O4微米颗粒在ARLBs中的应用。制备了基于PAAM的水凝胶电解质,将其应用于水系锂离子电池中,使得多孔球状LiMn2O4微米颗粒的循环稳定性大大提高,在5.0 C下循环1800圈仍能保持初始容量的80%。