以废旧锌锰干电池为锰源MnO2基复合负极材料的制备及其性能研究

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锌锰干电池广泛应用于低能耗设备中,但锌锰干电池不可充电、寿命很短,会导致产生大量的电子垃圾。废弃的锌锰干电池被焚烧或填埋处理后,会导致地下水、土壤和大气的污染。因此,回收废旧锌锰干电池不仅减少了危险废弃物的产生,保护环境,而且还实现了资源的二次利用。本文对废旧锌锰干电池采用湿法回收技术进行处理,回收制备了高纯度MnCO3。锂离子电池因其具有高能量密度、优异的循环性能和较长的使用寿命而受到极大关注,并且广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等。本文在回收废旧锌锰干电池制备高纯度MnCO3的基础上,将MnCO3作为制备锂离子电池负极材料的原材料,使用水热合成法制备了MnO2-MoO3和MnO2-Ni O负极材料,并对复合材料的化学组成、微观结构以及电化学性能进行详细研究。合成的MnO2-MoO3和MnO2-NiO复合材料具有优异的循环性能、倍率性能和高比容量。MnO2-MoO3复合材料在100 mA·g-1的电流密度下的初始放电比容量为2333.1 mAh·g-1,循环50次后,放电比容量仍高达908.8 mAh·g-1,即使在500 mA·g-1的大电流密度下,50次循环后,放电比容量可达到371.1 mAh·g-1。而MnO2-NiO复合材料在100 mA·g-1电流密度下的初始放电比容量为2981 mAh·g-1,经过50次循环后,放电比容量保持在571 mAh·g-1,即使在400 mA·g-1的大电流密度下,50次循环后,放电比容量可达到297 mAh·g-1。为了进一步探究合成材料具有优异的电化学性能的原因,通过XRD测试研究了合成材料在嵌锂/脱锂过程中发生的电化学反应,探究反应机理。结果表明,在MnO2-MoO3复合材料的锂化过程中,MnO2和Li+发生反应生成金属Mn和Li2O;而Li+嵌入MoO3形成LixMoO3,然后Li+与LixMoO3发生反应形成金属Mo和Li2O。在MnO2-NiO复合材料的锂化过程中,MnO2与Li+反应生成中间产物Mn2O3,再进一步还原为金属Mn;而NiO与Li+直接反应形成金属Ni。
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