堿性鋅錳幹電池的負極反應式?近年來，锂離子電池(LIBs)在各種各樣的電子産品上得到了十分普遍的應用，它還是電動汽車用動力電池的理想選擇，并将在新能源汽車如油電混合動力汽車的動力系統研究中占據着舉足輕重的位置負極材料和選取對锂離子電池的循環性能起着至關重要的作用ZnMn2O4 因具有比容量高、電勢電位低、自然資源豐富、環境友好的特點，被認為是極具發展前景的锂離子電池負極材料然而,在锂電池工作過程中，Zn Mn2O4 電極材料體積變化較大、電導率低的缺點，限制了其電化學性能的發揮正因為 Zn Mn2O4 有上述的缺陷，因而研究學者們将很大一部分的精力集中在研究制備新穎的納米結構 Zn Mn2O4目前，制備不同形貌的 Zn Mn2O4 納米結構及它在催化領域和電化學領域的研究己經有許多報道，材料研究者們已經制備出了很多種結構的 Zn Mn2O4 納米材料，例如納米球、納米棒、納米管，并進行了一些改性研究，我來為大家科普一下關于堿性鋅錳幹電池的負極反應式?以下内容希望對你有幫助!

堿性鋅錳幹電池的負極反應式

近年來，锂離子電池(LIBs)在各種各樣的電子産品上得到了十分普遍的應用，它還是電動汽車用動力電池的理想選擇，并将在新能源汽車如油電混合動力汽車的動力系統研究中占據着舉足輕重的位置。負極材料和選取對锂離子電池的循環性能起着至關重要的作用。ZnMn2O4 因具有比容量高、電勢電位低、自然資源豐富、環境友好的特點，被認為是極具發展前景的锂離子電池負極材料。然而,在锂電池工作過程中，Zn Mn2O4 電極材料體積變化較大、電導率低的缺點，限制了其電化學性能的發揮。正因為 Zn Mn2O4 有上述的缺陷，因而研究學者們将很大一部分的精力集中在研究制備新穎的納米結構 Zn Mn2O4。目前，制備不同形貌的 Zn Mn2O4 納米結構及它在催化領域和電化學領域的研究己經有許多報道，材料研究者們已經制備出了很多種結構的 Zn Mn2O4 納米材料，例如納米球、納米棒、納米管，并進行了一些改性研究。

在 1991 年，Tarascon 課題組首次發現了過渡金屬氧化物 TMO (Transition-metal Oxide,M=Fe、 Ni、Co、Zn、Cu )可以和锂産生可逆反應，即後來研究者稱作轉變反應的一種可逆反應，其化學反應方程式可概括為：MxOy 2 ye- 2 y Li → x M0 y Li2O，從發現锂能夠和過渡金屬氧化物發生轉變反應之後，锂可以與更多的金屬氧化物 AXOy，（A 如 Ti、V、Mo、Cr、Mn 等）産生可逆反應這一特性也進入了研究者們的視野。錳基金屬氧化物具有負極電極電勢較低、原材料較易獲得、自然儲量較大、環境友好型、安全穩定性高等優點，因此它吸引了學者們強烈的研究興趣，二元錳基複合金屬氧化物，即将錳基金屬氧化物和别的金屬進行複合，生成了如Zn Mn2O4，、Co Mn2O4 等二元錳基金屬氧化物。而加入另外一種金屬是為了讓不同的電勢電位的作用來緩解錳基材料在電池循環過程中體積膨脹收縮率過大的問題，穩固電極結構防止粉化，以此保持容量提高循環穩定性。

尖晶石型錳酸鋅納米顆粒的掃描電鏡圖

二元錳基金屬氧化物 Zn Mn2O4 中錳和鋅的電極電勢電位不一樣，在充放電循環過程中可以共同合作，充當對方緩沖基體的作用，使得Zn Mn2O4 的充放電循環性能比一元的錳基金屬氧化物更好。并且，Zn Mn2O4 具有比一元錳基金屬氧化物更高的比容量，因此在锂離子電池負極材料的研究中，Zn Mn2O4 的優勢更加凸顯，有作為新一代锂離子電池負極材料的潛力。當 Zn Mn2O4 作為電極時，其電極材料的組成、結構和形貌對整個電池的的電化學性能有很大的影響，因此對于Zn Mn2O4 納米材料的制備和改性研究也就顯得尤為重要。

錳酸鋅（Zn Mn2O4）是典型的尖晶石結構，它是四方晶系，晶胞參數為a=0.5720 nm, b=0.5720 nm, c=0.9245 nm，依次為晶胞，四面體和八面體結構的示意圖，其中四面體和八面體為氧密堆積，數個四面體和八面體組合成為一個晶胞。Zn Mn2O4 中的 Zn-O 鍵和Mn-O 鍵是有較強結合力的離子鍵，并且靜電作用力的程度相同。形成了經典的八面體結構。這種經典結構物理和化學性能穩定，同時 Zn Mn2O4 晶系在各個方向上的導熱性和熱膨脹性均一緻，因此具有良好的耐熱性，即使在高溫下的情況下仍能阻擋多種熔體的腐蝕。锂離子電池負極材料Zn Mn2O4的儲存锂離子的機理與碳負極或者金屬單質、合金類負極材料的儲存锂離子的原理都不盡相同。碳負極材料的儲存锂離子的原理大緻可以概括為锂離子存儲在锂離子脫嵌之後空出的位置上。金屬單質和合金類負極材料的儲存锂離子的原理大緻可以概括為锂離子存儲在锂離子和金屬産生合金化反應之後産生的空位上。負極材料 Zn Mn2O4 的儲存锂離子原理與金屬氧化物的轉變反應類似，然而期間還發生 Zn 和 Li 的合金化反應。首次放電反應化學方程式如下式所示，其理論比容量是 1024 m Ah g–1，并且大量的能量消耗會發生在負極材料 Zn Mn2O4 首次充放電反應過程中，因為首次充放電是不可逆反應。後續可逆充放電反應化學方程式如下式所示，其理論比容量是 784 m Ah g–1 。在首次放電的時候，尖晶石結構的 Zn Mn2O4 在嵌入從正極脫離出的锂離子和電子的過程中，經曆了從單相 Zn Mn2O4 到 Zn Li 相、Mn 相和 Li2O 相的三相轉變。在新産生的 Li2O 基體上，有着均勻分布的 Zn Li 和 Mn。在後續的可逆充放電反應中，發生了 Zn Li 到 Zn O，Mn 到 Mn O 的轉變。

目前錳酸鋅納米材料的制備方法有很多，文獻報道中最常見的技術有溶劑熱法、水熱法、模闆法、靜電紡絲法、和溶膠-凝膠法，茲分述如下：

三維 Zn Mn 2 O 4 /PCF 的合成流程圖

① 溶劑熱法：溶劑熱法是讓反應物在高壓釜中于一定的壓強和溫度下在一個密閉的體系中進行反應的過程。這種方法操作簡單，合成過程可控，因此是一種應用非常廣泛的技術。目前采用溶劑熱法制備錳酸鋅納米材料的報導也是最多的。Taolai Ni等人用定量的硝酸鋅和硝酸錳在乙二醇中混合攪拌均勻後，轉移到反應釜中， 180 ℃ 的下反應 9 h，制備了中空的錳酸鋅納米粒子結構，電化學測試表明這種材料在 500 m A g–1 下循環 90 圈容量為 726 m Ah g–1。② 水熱法：水熱法顧名思義，反應中所用溶劑都是水，利用水對各種無機鹽的優秀溶解性可以促進反應向正方向進行，同時又可利用沉澱的不溶解性，輕易地分離産物等。相對其它制備技術來說，水熱法的成本較低、容易掌握操作，已經成為廣泛制備納米材料比如錳酸鋅的一種重要技術。采用水熱法制備錳酸鋅納米材料的過程中，延長或縮短反應時間，升高或降低反應溫度以及水量的多少都會對最終産物的結晶性、形貌和産率産生很大的影響，因而水熱法對反應條件的控制尤其重要。③ 模闆法：模闆法是制備中空的納米材料的一種精确控制方法，根據模闆的類型，又分為軟模闆法和硬模闆法。對于其它制備方法來說，模闆法有着許多顯著的優勢，利用成型的模闆就可以發揮出最佳的結構特點，無論是電化學性能或者機械性能諸如模闆法制備納米材料的結構規整性高，空間和尺寸都可以調整。另外模闆法合成條件一般比較溫和，所得的材料均一、穩定、空間分散性好。Peng Li 等以三維多孔碳（PCF）為模闆合成了一種三維的 Zn Mn2O4/PCF複合材料，其獨特的三維碳骨架結構結合多孔 ZnMn2O4，獲得了較好的電化學性能，在 100 m Ag-1 下容量為 760 m Ahg-1，并具有較好的循環穩定性。④ 靜電紡絲法：靜電紡絲是近幾年興起的納米材料制造技術，它利用聚合物在電場中的特殊的理化性質，将聚合物的溶液或者熔體變為聚合物靜電絲向指定方位噴射，并調整結構特性以滿足人們的不同應用需求。F.T. Pei等利用靜電紡絲法以 Zn(C5H7O2)2·x H2O、Mn(C5H7O2)3 和聚乙烯吡咯烷酮（PVP） 為原料，制備了一系列不同形貌的 Zn Mn2O4 納米材料（納米棒、納米纖維、納米網），它們尺寸均在 6-10 nm ，而且這些特殊的纖維結構的 Zn Mn2O4 納米有着較好的電化學性能，在 60 m Ag-1 下納米纖維（ZMO-NF）容量 705 m A h g-1，納米網（ZMO-NW）容量 530 m A h g-1。劉亞芝等采用靜電紡絲法，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、醋酸鋅（Zn(CH3COO)2·2H2O）和醋酸錳（Mn(CH3COO)2·4H2O）為原料，制得複合納米纖維前驅體，然後經過高溫煅燒得到 Zn Mn2O4 納米纖維，700℃煅燒得到的樣品具有較好的循環性能。⑤ 溶膠-凝膠法：溶膠-凝膠法簡單說來就是先溶膠再凝膠，即先将無機鹽或其他金屬鹽類水解處理成溶膠，再對溶質聚合得到凝膠，最後經過一系列幹燥、煅燒等後處理手段得到納米材料的技術。對于可以水解的鹽類，溶膠-凝膠法是一個很好的選擇方案。采用溶膠凝膠法制備的納米材料有着良好的分散性，而且在一定的條件下可以達到原子水平。Laurel Simon Lobo 等合成了納米級的Zn Mn2O4 微粒，并詳細論述了其形成機理以及不同反應條件下生成産物的區别。

具有尖晶石結構的複合氧化物的 Zn Mn2O4 具有比容量高、電極電勢電位低等優勢，但是在有諸多優點的同時，Zn Mn2O4 負極材料亦有容量循環衰減速度較快、高倍率性能不足、充放電平台過低等缺點，由于 Zn Mn2O4 在電池循環過程中發生轉變反應時體積變化較明顯，電導率低。Zn Mn2O4 擁有十分廣泛的應用前景和優異特性，在對負極材料 Zn Mn2O4 的合成方法、調控形貌上的研究遠遠不夠，因此增強對 Zn Mn2O4 的研究是材料工作者的一項重要任務，從而對 Zn Mn2O4進行進一步的改性。

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