石墨烯-MnxOy的制備及其電化學性能研究.pdf

1、錳氧化物作為鋰離子電池材料具有比容量高，便宜環保等優勢，但是錳氧化物的電導率低，在充放電過程中體積膨脹大，這些缺點限制了其應用。為了改善這些缺點，本文將石墨烯分別與MnO2、Mn3O4以及MnO復合之后得到的復合材料作為鋰離子電池的電極材料，并對其電化學性能進行研究，探討石墨烯的加入對復合材料的形貌、結構及儲鋰機理的影響。
　　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

2、。通過掃描電鏡和透射電鏡等檢測手段表征了它們之間形貌的區別;通過X-射線衍射譜(XRD)，拉曼譜(Raman)等檢測手段表征了其晶體結構、無序化、缺陷以及雜化程度。研究發現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，研究它們的電化學性能。研究發現:N-RGO作為鋰離子電池負極材料時，首次充電比容量高達792 mAh g-1（幾乎是傳

3、統石墨負極材料的2倍，石墨負極材料理論容量372 mAh g-1）;而3D-RGO作為鋰離子電容電池正極材料時，在100 mAg-1的電流密度下首次放比電容量高達172mAh g-1，循環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20Ag-1電流密度下，比容量保持在85 mAh g-1。
　　考察了石墨烯的加入對鋰離子電池正極材料的電化學性能的影響。設計熱還原法制備出石墨烯-MnO2納米棒復合材料并研究其作為鋰

4、離子電池正極材料時的電化學性能，實驗發現石墨烯的加入能夠提高復合物的電化學性能，而煅燒溫度會影響石墨烯的電導率，也會對MnO2的晶型有一定的改變，繼而影響復合材料的電化學性能。XRD表明，水熱法制備的MnO2為γ-MnO2，與氧化石墨混合后在300℃下煅燒后γ-MnO2向β-MnO2晶相轉變?？疾鞂Σ煌瑴囟褥褵蟮玫降牟牧系碾娀瘜W性能進行研究，發現在300℃下煅燒后得到的石墨烯-MnO2（MG-300）的電化學性能最好。在0.1 C(3

5、0.8 mA g-1)倍率、2-3.5 V的電壓區間下，MG-300的首次放電比容量為241 mAh g-1;循環100次之后容量保持在158 mAh g-1;在0.1C，0.2 C，0.4 C，1C和1.5 C下的容量分別為155，132，110，78和68 mAh g-1。石墨烯的加入大大提高了MnO2作為鋰離子電池正極材料的電化學性能。
　　研究了石墨烯分別與Mn3O4和MnO復合得到的納米復合物作為鋰離子電池負極材料時的電

6、化學性能以及石墨烯的加入對復合物性能的影響。(1)采用超聲法制備出石墨烯-Mn3O4(G-Mn3O4)納米復合材料，作為鋰離子電池負極材料，G-Mn3O4首次放電比容量達到1037 mAh g-1，首次充電比容量達到760 mAh g-1，50次循環后容量保持率為94％，遠遠優于純Mn3O4的電化學性能。(2)通過原位還原法，以氧化石墨和MnO2納米桿為前驅體在惰性氣體保護下成功制備出石墨烯-MnO(G-MnO)納米復合物，通過掃描電鏡

7、(SEM)和透射電鏡(TEM)表征發現MnO納米桿能夠均勻的復合在石墨烯的表面。G-MnO作為鋰離子電池負極材料，具有優秀的電化學性能，首次放電比容量高達1144 mAh g-1，首次充電比容量為747 mAh g-1，循環80次之后，充電比容量保持在716 mAh g-1，容量保持率為92.8％。作為鋰離子電池負極材料，G-MnO相對于純MnO具有較小的電荷轉移電阻，較好的倍率性能。因此，實驗發現石墨烯增強了納米復合物作為鋰離子電池負