氧化物基鋰離子電池負極材料的生物模板法制備及電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池以其高容量和高能量密度等優勢被廣泛應用于儲能領域。碳材料是鋰離子電池最常用的負極材料，但是比容量低、循環穩定性和倍率性能較差，無法滿足高容量和高功率領域的應用要求。過渡金屬氧化物擁有比容量高、安全性和資源豐富等特點，被認為是一類最有潛力的高性能電極材料。但是，大多數金屬氧化物導電性較差、容量衰減快、在充放電過程中易發生體積膨脹與粉化和極化較大。為此，本文用生物模板法制備MnO和Fe3O4負極材料，系統研究其制備工藝及電極組成與

2、電化學性能間的關系，主要結果如下:
　　(1)將浸泡過Mn(NO3)2溶液的木棉纖維為原材料，用氨熏法制備Mn(OH)2前驅體，在氬氣的氣氛保護下煅燒，得到最終產物。為了探究前驅體溶液的濃度、燒結溫度對材料結構和電化學性能的影響，利用了X射線衍射、循環伏安、充放電測試等手段。優化后的工藝條件為:Mn(NO3)2溶液/蒸餾水的配比為4∶2，在450℃下煅燒4h。合成的MnO/C復合材料作為鋰離子電池負極材料表現出優異的電化學性能，在

3、200 mAg-1電流密度下充放電循環150次后，可逆容量保持在1454mAh g-1左右，表現了優異的循環穩定性。即使在3Ag-1的高電流密度下，其可逆容量仍然接近477.7mAh g-1。實驗發現，合適的碳含量和小尺寸的MnO納米顆粒，能夠改善電池的極化。另外，本文采用TEM、XPS等測試手段對MnO的充放電機制進行了探討。我們發現，隨著循環次數的增加，MnxOy顆粒分裂成多個更小MnxOy納米顆粒;在充放電過程中，超理論容量是由于

4、碳缺陷中的結合氧和小MnO納米顆粒提供更多的儲鋰位置。
　　(2)本實驗采用水稻根為原材料制備鋰離子電池負極材料，充分利用水稻根表面的“鐵膜”，在氮氣的氣氛保護下煅燒，得到最終產物Fe3O4/C的復合材料。為了探究燒結溫度對材料的電化學性能的影響，本章利用了X射線衍射、循環伏安、充放電測試等手段。最優的工藝條件為:氬氣氣氛中，600℃下煅燒6h。Fe3O4/C電極材料表現出優異的電化學性能:在100mA g-1的電流密度下，經過1