多孔錳氧化物納米材料的可控合成及其電化學(xué)性能.pdf

1、鋰離子電池具有比能量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、可快速充放電、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在便攜電子設(shè)備市場(chǎng)占據(jù)了主導(dǎo)地位且有大規(guī)模應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的潛力。電極材料是制約鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)構(gòu)筑新型的電極材料使其具有高的能量密度，長(zhǎng)的循環(huán)壽命，低的成本是鋰離子電池發(fā)展的一大挑戰(zhàn)。過渡金屬氧化物的儲(chǔ)鋰機(jī)理是基于電化學(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)。由于轉(zhuǎn)換反應(yīng)過程中大的體積變化和副反應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致了電極材料的退化和失效，大大影響了電極材料的使用壽命

2、。因此，為了獲得長(zhǎng)壽命、高容量的負(fù)極材料，本文通過構(gòu)筑新型的納米結(jié)構(gòu)這一策略對(duì)電極材料進(jìn)行優(yōu)化。
　　 本文以錳氧化物為研究對(duì)象，構(gòu)筑了具有介孔結(jié)構(gòu)的錳氧化物和碳包覆的錳氧化物，并測(cè)試了它們的電化學(xué)性能。通過性能對(duì)比研究，探索材料結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能之間的內(nèi)在規(guī)律。主要研究成果如下:
　　 采用水熱法和熱分解法相結(jié)合，通過控制形貌的轉(zhuǎn)變制得了孔結(jié)構(gòu)可控的Mn2O3微球。500℃、700℃和900℃得到的樣品分別為介孔Mn2O

3、3微球、多孔Mn2O3微球和無孔Mn2O3微球。將它們作為鋰離子電池的負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，介孔Mn2O3微球具有最高的放電比容量、最高的容量保持率和超長(zhǎng)的循環(huán)壽命。在200mA/g的電流密度下，200次循環(huán)后仍具有524mAh/g的可逆容量;在1000mA/g的電流密度下可以實(shí)現(xiàn)1000次的可逆循環(huán)，可逆容量為125mAh/g。優(yōu)異的電化學(xué)性能主要?dú)w因于高的比表面積和豐富的表面缺陷有效地增大了電解液和活性材料的接觸面積

4、，縮短了鋰離子擴(kuò)散距離，使更多的活性物質(zhì)參與了反應(yīng)，從而有效的提高了比容量;與此同時(shí)孔結(jié)構(gòu)的存在，有效的緩沖了鋰離子嵌入脫出引起的體積變化，提高了電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高了電極材料的循環(huán)壽命。
　　 本文采用了碳包覆的方法，來進(jìn)一步提高錳氧化物在大電流密度下的電化學(xué)性能。Mn2O3和葡萄糖反應(yīng)制得的Mn3O4@C納米材料具有最高的可逆容量，相比于介孔Mn2O3微球雖然缺少了一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)，但其1000次循環(huán)后的比容量仍然提