题目：氧化锰系锂离子电池正极材料的制备及其电池性能研究

在过去的几十年中，氧化锰作为一种重要的过渡金属氧化物，在离子交换、传感器、催化剂、锂离子电池及超级电容器等方面显示了广泛的应用前景，已经成为人们最为关注的无机功能材料之一。在锂离子电池及超级电容器的应用方面，氧化锰具有其它过渡金属氧化物无法相比的优势，如无毒、比容量大以及价格低廉等。目前，很多具有新颖结构及形貌的氧化锰材料已经被研究开发，并期待其可以用于锂离子电池正极材料。本论文以锂离子电池正极材料氧化锰为研究对象，采用水热法合成了具有新颖形貌的 β-MnO2。随后用固相法将其转化为尖晶石锰酸锂，进行了制备材料的结构和形貌表征分析，并对其电池性能进行了研究。
全文主要包括绪论、实验和结论三大部分。绪论部分（第 1 章）主要论述了锂离子电池的工作原理与特点、锂离子电池正极材料的研究进展、氧化锰系锂离子电池正极材料的结构和制备方法以及本论文的主要研究内容。实验部分，（第 2、3 章）以 KMnO4 和 MnCl2 为锰源，采用水热技术制备了半管形貌 β-MnO2，研究了反应条件对产物晶型及形貌的影响；在此基础上，以合成出的半管形貌 β-MnO2 为前驱体，采用高温固相反应技术，合成了尖晶石锰酸锂，研究了制备产物的电池性能。最后一章为论文的结论。
第 2 章，以 KMnO4 和 MnCl2·4H2O 为锰源，稀 HNO3 溶液为溶剂，在无模板剂和催化剂的条件下，通过水热法制备了具有新颖形貌的 1 ´ 1 隧道状二氧化锰材料。通过改变反应温度、锰源含量和 HNO3 溶液浓度等反应条件，优化了氧化锰材料的制备条件，实现了半管形貌二氧化锰纳米材料的可控合成。采用 XRD、SEM、TEM、CV 及电池恒流充放电测试等实验手段，对制备的氧化锰材料进行了结构、形貌表征和电化学性能测试。研究结果表明： KMnO4 和 MnCl2 在酸性条件下水热处理后可得到纯净的半管形貌 β-MnO2，且反应温度和酸溶液浓度等因素对产物的形貌有显著影响；制备产物的电化学性能测试结果表明，半管形貌 β-MnO2 具有很好的电容性能，其电容量很大，并且随着充放电循环的进行，其放电容量有升高的趋势，在锂离子电池正极材料方面具有潜在的应用价值。
第 3 章，以第 2 章所制备的半管形貌 β-MnO2 和 LiOH×H2O 为起始反应物，采用固相合成法制备了尖晶石锰酸锂。采用 XRD、SEM、CV 及电池恒流充放电测试等实验手段，对制备的锰酸锂材料进行了结构、形貌表征和电化学性质测试。同时，研究了不同锂源（LiOH×H2O，CH3COOLi×2H2O，Li2CO3）对产物的影响。研究结果表明，不同锂源对制备产物的晶相影响不大，均能得到尖晶石锰酸锂，但对产物的形貌有一定的影响。采用 CH3COOLi×2H2O 为起始反应物，所制备出的锰酸锂基本保持了前驱体 β-MnO2 的半管形貌，而采用另外两种锂源则不能保持前驱体的形貌。对制备产物尖晶石锰酸锂的电化学性能测试结果表明，不同锂源对制备产物的电化学性能也有一定的影响，以 CH3COOLi×2H2O 为锂源制备的产物具有比其它两种产物更好的电化学性能。