一維錳氧化物-碳中空納米結構的設計、表征和電化學性能.pdf

1、隨著能源需求的不斷增長，太陽能、風能等可再生能源受到廣泛的關注，因此探索具備優良性能的新型儲能材料已成為當今的一個研究課題。鋰離子電池，有比容量大，循環壽命長，充放電速率快等優點，在電子設備和電動汽車領域表現出巨大的潛力。電極材料是制約鋰離子電池發展的關鍵之一，因此，設計構筑新型電極材料顯得尤為重要。
　　錳氧化物，作為一種新型的鋰離子電池電極材料，由于其具有高容量、低成本、環境友好等優點，受到廣泛研究。然而，錳氧化物作為電極材料

2、也存在著一些問題：（1）錳氧化物較低的電子電導和離子電導使得電極材料難以實現高倍率充放電；（2）錳氧化物在鋰離子的嵌入和脫出過程中發生較大的體積膨脹與收縮，破壞電極材料結構完整性，導致較差的循環性能；（3）由于材料的體積變化，導致固態電解質膜（SEI）的反復形成與破裂，消耗大量電解液中的鋰源，導致較低的庫倫效率。
　　針對上述問題，本文進行了相關研究，取得以下結果：
　?。?）采用水熱法、溶膠凝膠法、硬模板法等液相合成方法依

3、次制備了一維錳氧化物納米棒，一維錳氧化物/碳同軸納米棒，一維錳氧化物/碳同軸中空納米棒，擬通過碳包覆改性提高電極材料的大電流倍率性能，通過中空結構的構筑增強電極材料的循環穩定性和可逆性。通過XRD, SEM, TEM, XPS, Raman, TGA等技術對材料的形貌、結構、化學狀態等進行了系統表征。
　?。?）我們將三種電極材料作為鋰離子電池負極材料進行循環伏安、交流阻抗、恒電流充放電等電化學性能測試。結果表明，相比于一維錳氧化

4、物納米棒，一維錳氧化物/碳同軸納米棒而言，一維錳氧化物/碳同軸中空納米棒表現出較高的放電比容量和較好的循環性能，在100 mA/g的電流密度下，首次可逆比容量可達660 mAh/g;在500 mA/g的電流密度下，循環900次后，可逆容量達到634 mAh/g，證明了本文形貌構筑的合理性。
　?。?）我們重點進行了材料結構與性能的相關性研究，該優異的電化學性能歸因于：較大的比表面積增大了材料與電解液的接觸面積，提供了更多的反應位點