作为过渡金属之一,锰的氧化物以其原料储量丰富、成本相对较低、毒性低等优点,被广泛应用于催化、离子交换、分子吸附、生物传感器、高密度磁记录介质、锂离子电池和超级电容器等诸多领域,特别是锰氧化物结构复杂、类型多样,因而表现出不同的物理化学特性,且结构类型对其理化特性的影响也越来越备受关注。尤其在绿色化学电源领域,锰氧化物可以用作锂离子电池负极材料,又由于多价形态还可被应用于超级电容器,同时它又可作为制备目前广泛应用的锂离子电池正极材料LiMn2O4和潜力很大的正交晶系的LiMnO2(o-LiMnO2)的前驱体材料。低价态的Mn203多采用在400-600℃高温煅烧前驱体如MnO2、MnOOH、 Mn-NTA等而制备。本文是通过水热法合成前驱体MRF2,在适当温度煅烧处理得到Mn2O3。以MR2O3分别用作锂离子电池阳极材料和超级电容器电极材料。通过循环伏安,交流阻抗和中间产物XRD分析等研究其作为锂离子电池和超级电容器电极的反应机理。目前,o-LiMnO2的合成过程主要是首先合成前驱体,然后在氩气的氛围下高温煅烧制备出o-LiMnO2。本文是通过水热法一步合成o-LiMnO2。将o-LiMnO2进行锂离子电池正极材料组装测试,发现晶胞参数会影响电化学性能。进一步通过水热法合成了Al掺杂的o-LMnO2。采用X-射线衍射Rietveld结构精修和红外研究Al掺杂对o-LiMnO2晶胞参数的影响,通过循环伏安和交流阻抗考察了比表面积、晶胞体积、掺杂等对o-LiMnO2电化学性能的影响。为了进一步改善o-LiMnO2的储锂性能,还采用了水热法制备CNT负载的o-LiMnO2,在一定程度上改善了o-LiMnO2的电化学特性。主要研究内容和结果如下:1.以Mn(CH3COO)2和HF溶液在120℃水热反应12h生成前驱体MnF2。通过改变反应体系中有机物碳链长和HF浓度调控MnF2的形貌,进而在350℃煅烧12h得到了不同微观形貌的Mn203颗粒。在乙醇溶剂中,当HF/Mn(CH3COO)2摩尔比为2:1时得到球状的MnF2,进而制得相应形貌的Mn2O3,随着HF/Mn(CH3COO)2摩尔比增加,在12:1时得到了多面体MnF2。在乙醇、水、甘油三种溶剂中由于空间效应的影响,粘度也会影响MnF2的形貌。当在低粘度的水溶液中水热反应时,就会生成颗粒较大的无规则MnF2(Mn2O3-2w),而在高粘度的甘油溶液中反应时,则会生成颗粒最小的MnF2(Mn2O3-2g)。在乙醇中合成的Mn2O3-2a在作为阳极材料时则表现出了最好的电化学性能。可见,颗粒形貌较比表面积则对电化学性能影响更为显著。在充放电过程中,形成的LiAl合金对Mn2O3初始容量贡献较大。球状α-Mn2O3第一周放电容量为2899mAhg-1,在循环15周后,保持有265mAhg-1。2.为进一步探明反应溶剂粘度对产物形貌的影响,用水(粘度较乙醇小)和甘油(粘度较乙醇大)取代乙醇,分析了相应产物的形貌。结果表明,在乙醇、水、甘油三种溶剂中制备的Mn2O3-2a、Mn2O3-2w和Mn2O3-2g的颗粒粒径有显著差异,在甘油中制备的MnF2及相应Mn203颗粒最小。在电容器循环过程中,Mn203会逐渐向布塞尔矿转化。比表面积和温度会影响Mn203向布塞尔矿的转化速率。颗粒最小Mn203-2g表现出最好电容性能,在循环400周后逐渐保持稳定,容量达到202Fg-1。这三种不同形貌的Mn203会影响转化为布塞尔矿的形貌。同时生成的布塞尔矿又会影响电容器的性能和反应机理。3.亚稳态的o-LiMnO2常规合成法难以制备。本文采用水热法一步合成o-LiMn02,考察EDTA-4Na、LiOH、NaCl0的浓度和水热温度对产物组分的影响。在180℃,0.1mol L-1EDTA-4Na、0.6mol L-1LiOH和6.71g NaCIO水热24h合成了单相的o-LiMnO2。o-LiMnO2在高温下可进一步热分解得到了晶胞参数不同的LiMn2O4。煅烧温度越高,LiMn2O4的晶胞参数α值越小,晶胞体积越小,在3.3-2.4V上发生相变时的晶胞体积变化越大,电化学性能下降。而原始的o-LiMnO2在4.3-3.6V上衰减较为严重。因为离子半径的差异,掺杂Al能改变o-LiMnO2的晶胞参数,α值随着Al掺杂量减小,b值增大,c值无规律变化。反应体系中Al/Mn摩尔比为0.05,0.10,0.15和0.20时,所得LiMnO2内Al/Mn比分别为0.34(M5),0.58(M10),0.91(M15)和1.22(M20),其中M10表现出最好的电化学性能。适量的Al掺杂生成的M1o晶胞稳定性高,反应电阻小,进一步分析表明推测晶胞参数a值和b值会影响反应电阻,而晶胞参数c值则会影响锂离子的迁移。4.采用水热法成功合成出碳纳米管(CNT)负载的o-LiMnO2。在合成单一相o-LiMnO2/CNT的过程中,发现CNT及CNT上的-COOH量会影响反应体系中LiOH和NaClO的量。未羧基化的CNT负载o-LiMnO2的电化学性能得到一定的改善,但是经过羧基化的CNT负载却使得o-LiMnO2的电化学性能下降。这是可能因为羧基化的-COOH会影响CNT与o-LiMnO2的结合,进而影响其电化学性能。