【摘要】：鋰離子電池具有能量密度高、質(zhì)量輕、性價比高、環(huán)保并且可進行多次充放電等優(yōu)點,因此在環(huán)保問題和能源問題日益嚴峻的今天,得到了社會各界的廣泛關注。在構成鋰離子電池的主要組件中,電極材料的性能影響了鋰離子電池的主要性能指標。本論文以錳氧化物為主要研究對象,采用不同的制備方法合成出具有不同形貌結構的納米錳氧化物,隨后將其與石墨烯、碳納米管復合,非常簡便的制備出一系列納米復合材料。該方法成本低廉、操作簡單,可以很容易的調(diào)控錳氧化物的形貌結構,并且與石墨烯、碳納米管的復合可以有效改善錳氧化物的導電性,同時避免兩組分的大量團聚。本課題的研究工作主要結論如下:1、石墨烯和MnSO_4·H_2O作前驅(qū)體材料,采用一種簡單的、有效的、能耗低的溶劑熱法制備了納米棒狀Mn_3O_4@GNS,并且探究了不同石墨烯用量對所制備的納米棒狀Mn_3O_4@GNS的性能影響。當石墨烯含量為35%時,納米棒狀Mn_3O_4@GNS-35復合材料在電流密度為100 mAg~(-1)時循環(huán)100圈之后,可逆比容量仍有1155.2 mAh g~(-1),表現(xiàn)出高的可逆比容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。納米棒狀Mn_3O_4@GNS-35在循環(huán)40圈之后,在800 mAg(-1)的大電流密度下仍保留有431.9 mAh g(-1),表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。2、采用非常簡單的兩步攪拌法制備出3DrGO/CNT/Mn_3O_4納米復合材料。首先,通過化學還原法制備出rGO/CNT復合基底材料,隨后,采用非常簡便的攪拌法將Mn_3O_4納米顆粒負載到rGO/CNT導電基底上,制備出3D納米復合材料。由于rGO/CNT導電基底的加入,3D rGO/CNT/Mn_3O_4納米復合材料表現(xiàn)出高的可逆比容量和出色的循環(huán)穩(wěn)定性,在100mA g(-1)的電流密度下循環(huán)100圈之后,可逆比容量仍然高達1338.4 mAh g(-1)。當電流密度從100 mA g(-1)增加到2000mAg(-1)時,3DrGO/CNT/Mn_3O_4納米復合材料的可逆比容量僅僅從1093.8 mA h g(-1)下降到607.8 mA h g~(-1),并且當電流密度從2000 mAg(-1)回到100 mAg~(-1)時,其可逆比容量仍然可以回彈到1080.5 mAh g~(-1),表現(xiàn)出非常出色的倍率性能和優(yōu)異的結構穩(wěn)定性。3、采用MnSO_4 H_2O和KMnO4作為錳源,石墨烯為碳源,通過調(diào)控MnSO_4·H_2O的添加量,采用簡單的水熱反應法成功制備出納米花狀二氧化錳/石墨烯(MG)系列納米復合材料。當MnSO_4·H_2O添加量為0.0704 g時,所制備的復合材料(MG-2)電化學性能表現(xiàn)最為出色,在電流密度為100 mA g~(-1)時循環(huán)230圈之后,其可逆比容量為1198.7 mAh g~(-1),表現(xiàn)出高的可逆比容量和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。對于添加石墨烯之后的樣品MG-2,在電流密度高達1600 mAg~(-1)時,其可逆比容量仍保留有368.3 mAh g~(-1),當電流密度回到100 mAg~(-1)時,其可逆比容量仍然可以回彈到725.5 mAh g~(-1),表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能,說明材料具有好的結構穩(wěn)定性。
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TB33
【圖文】：

多孔型塑料薄膜［１８，１９］。聚丙烯（ＰＰ）單層膜、聚乙烯（ＰＥ）單層膜以及ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ逡逑三層復合膜是目前在市場上得到大規(guī)模應用的電池隔膜。逡逑如圖１＿１所示，是正極為ＬｉＣ0０２、負極為Ｃ的鋰離子電池工作原理示意圖，逡逑在充放電循環(huán)中，鋰離子在兩個電極之間來回往復遷移運輸電荷，從而達到存逡逑儲與釋放能量的作用。充電時，正極電勢高于負極電勢，所以從正極材料中脫逡逑嵌出的鋰離子在電場力的作用下，可通過電解液遷移到負極并嵌入到負極材料逡逑當中，從而實現(xiàn)能量的存儲；放電過程與充電過程相反。因此，在整個不斷的逡逑充電與放電過程中，鋰離子在兩極之間來回往復運動，所以又被稱為“搖椅式”逡逑電池＾２２１。逡逑ｒ￣�！边姡妫蓿卞义希卞澹姡板澹翦义希洛澹椋鬟姡２P?邐Ｉｔ邋３邐＾邋Ｂ（ｌ逡逑邐１—邐邋邐｜邐邋邐￣ｉ邐邋邐＆＾邐逡逑■邋Ｉ邋ｊ邋ｉ邋ｉ邋，ｎ邋｜＊邋邋ｍｉ邋ｉ，ｉ邐ｊｉｉｉｉｍｍｉ

防止金屬氧化物顆粒團聚，并且在充放電過程中金屬氧化物的體積逡逑膨脹可得到一定范圍的抑制；二是金屬氧化物的存在可以抑制碳材料的團聚，逡逑使得兩組分的電化學性能得到了進一步的提高。逡逑１．３基于錳氧化物及其復合材料的研究進展逡逑１．３．１錳氧化物逡逑錳，過渡金屬的一種，灰白色、硬脆、有光澤、價格低廉且無毒，在自然逡逑界中儲量豐富。錳有＋２、＋３、＋４、＋５、＋６和＋７價，其中能夠穩(wěn)定存在的氧化逡逑價態(tài)為＋２、＋４、＋６和＋７價，而錳的氧化物能夠穩(wěn)定存在的形態(tài)有ＭｎＯ、Ｍｎ０２、逡逑Ｍ１１２Ｏ３邋以及邋Ｍ１１３Ｏ４邋等，除此之外，Ｍｎ0２邋還有邋ａ－Ｍｎ0２、Ｐ＿Ｍｎ0２、ｙ－Ｍｎ0２邋和逡逑５－Ｍｎ０２這四種形態(tài)的存在，其結晶結構圖如下圖所示錳的氧化物因其環(huán)逡逑境協(xié)調(diào)性好、價格便宜、儲量豐富、結構多樣等優(yōu)異的性能，而被廣泛地應用逡逑于催化劑、吸附劑、氧化劑、新能源鋰離子電池以及超級電容器的電極材料中。逡逑ｂｃ）

體結構、好的環(huán)境協(xié)調(diào)性、儲量豐富以及價格低廉等優(yōu)異的性能。并且，氧化三錳作為負極材料在鋰離子電池中應用時，其比容量要遠遠大于商石墨負極材料（３７２邋ｍＡｈ邋ｇ－１）。但是，導電率差以及在充放電過程中的脹和顆粒團聚嚴重限制了其作為鋰離子電池電極材料時的電化學性能。因們需要尋找一種能改善四氧化三錳上述缺點的材料。逡逑眾所周知，石墨烯在各個方面都有出色的性能，尤其具有高的導電性和理論比表面積。因此，四氧化三錳可以通過與石墨烯復合改善其缺陷從在鋰離子電池中的電化學性能。在２０１７年，陳等人［５５］通過簡單的一步水成了四氧化三錳／摻氮石墨烯復合材料，測試結果表明所制備的納米復合有非常優(yōu)異的循環(huán)壽命和好的倍率性能，在電流密度為８８邋ｍＡ邋ｇ－１時，５０圈后，可逆比容量仍保留有１２０８．４邋ｍＡｈ邋ｇ－１；甚至在４４００邋ｍＡ邋ｇ－１的大密度下，循環(huán)１０圈后比容量仍保留有２８４邋ｍＡｈ邋ｇ－１。崔等人％通過兩步成法制備了顆粒狀四氧化三錳／氧化還原石墨烯復合材料，經(jīng)過一系列的裝以及性能測試，可逆比容量可達到ＷＯｍＡｈｇ＇復合材料展現(xiàn)出了出率性能和長而穩(wěn)定的循環(huán)壽命，如下圖所示。逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 楊萍;蘇金然;;鋰離子電池技術與應用發(fā)展[J];電源技術;2009年11期

2 馬榮駿;;鋰離子電池負極材料的研究及應用進展[J];有色金屬;2008年02期

3 吳升暉,尤金跨,林祖賡;鋰離子電池碳負極材料的研究[J];電源技術;1998年01期

本文編號：2775049