發(fā)布時(shí)間：2018-04-01 16:08

  本文選題：錳氧化物　切入點(diǎn)：石墨烯　出處：《中南大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：摘要：錳氧化物作為鋰離子電池材料具有比容量高,便宜環(huán)保等優(yōu)勢(shì),但是錳氧化物的電導(dǎo)率低,在充放電過程中體積膨脹大,這些缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。為了改善這些缺點(diǎn),本文將石墨烯分別與Mn02、Mn304以及MnO復(fù)合之后得到的復(fù)合材料作為鋰離子電池的電極材料,并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究,探討石墨烯的加入對(duì)復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)鋰機(jī)理的影響。 分別采用水合肼超聲法和乙二醇輔助水熱法制備出層狀石墨烯(N-RGO)和三維多孔(3D-RGO)還原石墨烯。通過掃描電鏡和透射電鏡等檢測(cè)手段表征了它們之間形貌的區(qū)別；通過X-射線衍射譜(XRD),拉曼譜(Raman)等檢測(cè)手段表征了其晶體結(jié)構(gòu)、無序化、缺陷以及雜化程度。研究發(fā)現(xiàn)與水合肼超聲法比較,乙二醇輔助水熱法能夠提高石墨烯的還原程度,降低無序化,增加sp2雜化程度。進(jìn)一步把通過兩種方法制備出的石墨烯組裝成鋰離子電池電極,研究它們的電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)：N-RGO作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),首次充電比容量高達(dá)792mAh g-1(幾乎是傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料的2倍,石墨負(fù)極材料理論容量372mAh g-1)；而3D-RGO作為鋰離子電容電池正極材料時(shí),在100mA g-1的電流密度下首次放比電容量高達(dá)172mAh g-1,循環(huán)3000次之后容量保持不變。這種材料還顯示非常好的倍率性能,在20A g-1電流密度下,比容量保持在85mAh g-1。 考察了石墨烯的加入對(duì)鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能的影響。設(shè)計(jì)熱還原法制備出石墨烯-Mn02納米棒復(fù)合材料并研究其作為鋰離子電池正極材料時(shí)的電化學(xué)性能,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石墨烯的加入能夠提高復(fù)合物的電化學(xué)性能,而煅燒溫度會(huì)影響石墨烯的電導(dǎo)率,也會(huì)對(duì)MnO2的晶型有一定的改變,繼而影響復(fù)合材料的電化學(xué)性能。XRD表明,水熱法制備的MnO2為γ-Mn02,與氧化石墨混合后在300℃下煅燒后γ-MnO2向β-MnO2晶相轉(zhuǎn)變。考察對(duì)不同溫度煅燒后得到的材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在300℃下煅燒后得到的石墨烯-MnO2(MG-300)的電化學(xué)性能最好。在0.1C(30.8mAg-1)倍率、2-3.5V的電壓區(qū)間下,MG-300的首次放電比容量為241mAh g-1；循環(huán)100次之后容量保持在158mAh g-1;在0.1C,0.2C,0.4C,1C和1.5C下的容量分別為155,132,110,78和68mAh g-1。石墨烯的加入大大提高了MnO：作為鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能。 研究了石墨烯分別與Mn3O4和MnO復(fù)合得到的納米復(fù)合物作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)的電化學(xué)性能以及石墨烯的加入對(duì)復(fù)合物性能的影響。(1)采用超聲法制備出石墨烯-Mn3O4(G-Mn3O4)納米復(fù)合材料,作為鋰離子電池負(fù)極材料,G-Mn3O4首次放電比容量達(dá)到1037mAhg-1,首次充電比容量達(dá)到760mAhg-1,50次循環(huán)后容量保持率為94%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于純Mn304的電化學(xué)性能。(2)通過原位還原法,以氧化石墨和MnO2納米桿為前驅(qū)體在惰性氣體保護(hù)下成功制備出石墨烯-MnO (G-MnO)納米復(fù)合物,通過掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)表征發(fā)現(xiàn)MnO納米桿能夠均勻的復(fù)合在石墨烯的表面。G-MnO作為鋰離子電池負(fù)極材料,具有優(yōu)秀的電化學(xué)性能,首次放電比容量高達(dá)1144mAh g-1,首次充電比容量為747mAh g-1,循環(huán)80次之后,充電比容量保持在716mAh g-1,容量保持率為92.8%。作為鋰離子電池負(fù)極材料,G-MnO相對(duì)于純MnO具有較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻,較好的倍率性能。因此,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石墨烯增強(qiáng)了納米復(fù)合物作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能,主要?dú)w因于以下幾點(diǎn)：1)石墨烯電導(dǎo)率高,加入石墨烯能夠增加復(fù)合材料的導(dǎo)電性；2)石墨烯作為負(fù)極材料具有很高的比容量,并且金屬氧化物的加入能夠阻止石墨烯在充放電過程中向石墨轉(zhuǎn)變,反過來提高其循環(huán)穩(wěn)定性；3)石墨烯能阻止Mn304和MnO在充放電過程中團(tuán)聚,舒緩其體積膨脹,從而提高G-Mn3O4和G-MnO的循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O646;TM912

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1696260