負(fù)極材料作為鋰離子電池的重要組成部分,極大制約著電池整體的性能發(fā)揮。過渡金屬氧化物作為一種低成本、高密度的新型負(fù)極材料,具有商業(yè)化的石墨負(fù)極2³倍的理論容量,是一種極有前途的新一代鋰離子電池負(fù)極材料。然而該類材料具有低的電子/鋰離子導(dǎo)電率,并且在充放電過程中伴隨巨大的體積變化,使得其倍率性能差循環(huán)壽命短,難以滿足實(shí)際應(yīng)用要求。因此,本文以高性能MnO/C負(fù)極為目標(biāo),首先將MnO納米晶鑲嵌在碳納米片中,通過提升電極的導(dǎo)電性提高了倍率性能;隨后為進(jìn)一步提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,以碳熱還原工藝制備了蛋黃殼結(jié)構(gòu)的MnO@C,通過解決體積膨脹問題,得到了具有良好循環(huán)性能的蛋黃殼狀MnO@C顆粒;最后,通過結(jié)合以上兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)合成了“孔中球”結(jié)構(gòu)的MnO@C納米片,使材料同時(shí)具備了優(yōu)異的倍率性能與循環(huán)性能。具體研究結(jié)果如下:通過高溫煅燒片狀檸檬酸錳銨,得到了多核殼結(jié)構(gòu)的MnO/C復(fù)合納米片。該過程同時(shí)實(shí)現(xiàn)了MnO顆粒的原位鑲嵌及N元素?fù)诫s。通過改變煅燒溫度,調(diào)整了MnO/C復(fù)合納米片的孔結(jié)構(gòu)、石墨化程度以及鑲嵌的顆粒尺寸。800^oC煅燒后的產(chǎn)物由... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

嵌入式負(fù)極材料的反應(yīng)機(jī)制示意圖(M：金屬原子X：非金屬原子)

圖 1-4 嵌入式負(fù)極材料的反應(yīng)機(jī)制示意圖(M：金屬原子 X：非金屬原子)[4]Fig. 1-4 The schematic illustration of the reaction of insertion-type anode materials2 合金化反應(yīng)類合金化反應(yīng)類材料能夠在電化學(xué)反應(yīng)過程中與鋰發(fā)生合金化，能夠具比容量，其中最具關(guān)注度的 Si 負(fù)極為例，通過合金化形成 Li4.4Si， 4400 mAh/g-1的理論容量[12]。在合金化時(shí)，原始的晶體結(jié)構(gòu)被完全 1-5)[20]，形成含有鋰的復(fù)合相 LixM (M = Si，Sn,，Al，Ge，等)[10]，

圖 1-6 轉(zhuǎn)換反應(yīng)類材料嵌鋰過程的三個(gè)階段示意圖[34]Fig. 1-6 The schematic illustration of three lithiation stages of conversion-type materials[34]從轉(zhuǎn)換反應(yīng)的原理可以看出，MX 中 X 的摩爾質(zhì)量越小，該材料具有的理論比容量越高。因此，相比于磷化物、硫化物、氟化物，碳、氮、氧化物從高容量的角度上來看更具有應(yīng)用前景。而后三者之中，金屬氧化物最易制備，且合成成本低。根據(jù)式 (1-4)，過渡金屬氧化物能夠具有約傳統(tǒng)石墨負(fù)極 2~3 倍的比容量(600~1000 mAh g-1)。不僅如此，過渡金屬氧化物還具有低成本，密度高等特點(diǎn)，是極有潛力的新一代高容量負(fù)極材料。1.4 過渡金屬氧化物負(fù)極材料的改性策略由上節(jié)可知，過渡金屬氧化物能夠通過轉(zhuǎn)換反應(yīng)與界面儲(chǔ)鋰獲得極高的可逆容量，再結(jié)合其低成本、高密度的天然優(yōu)勢(shì)，使之成為了最有潛力替代傳統(tǒng)石磨負(fù)極的新一代負(fù)極材料。然而，該類材料所具有的低電子/鋰離子電導(dǎo)率及其在嵌鋰/脫鋰時(shí)伴隨的巨大的體積變化使之難以發(fā)揮其高比容量的潛力，并且倍率性能及循環(huán)性能極差[8]。研究者們針對(duì)這一現(xiàn)狀，通過各種材料合成


本文編號(hào)：2897504