多孔錳氧化物納米材料的可控合成及其電化學性能.pdf

1、鋰離子電池具有比能量大、工作電壓高、循環壽命長、可快速充放電、無記憶效應等優點，在便攜電子設備市場占據了主導地位且有大規模應用于電動汽車領域和大規模儲能系統的潛力。電極材料是制約鋰離子電池發展的關鍵，設計構筑新型的電極材料使其具有高的能量密度，長的循環壽命，低的成本是鋰離子電池發展的一大挑戰。過渡金屬氧化物的儲鋰機理是基于電化學轉換反應。由于轉換反應過程中大的體積變化和副反應的發生導致了電極材料的退化和失效，大大影響了電極材料的使用壽命

2、。因此，為了獲得長壽命、高容量的負極材料，本文通過構筑新型的納米結構這一策略對電極材料進行優化。
　　 本文以錳氧化物為研究對象，構筑了具有介孔結構的錳氧化物和碳包覆的錳氧化物，并測試了它們的電化學性能。通過性能對比研究，探索材料結構與電化學性能之間的內在規律。主要研究成果如下:
　　 采用水熱法和熱分解法相結合，通過控制形貌的轉變制得了孔結構可控的Mn2O3微球。500℃、700℃和900℃得到的樣品分別為介孔Mn2O

3、3微球、多孔Mn2O3微球和無孔Mn2O3微球。將它們作為鋰離子電池的負極材料進行電化學性能測試，結果發現，介孔Mn2O3微球具有最高的放電比容量、最高的容量保持率和超長的循環壽命。在200mA/g的電流密度下，200次循環后仍具有524mAh/g的可逆容量;在1000mA/g的電流密度下可以實現1000次的可逆循環，可逆容量為125mAh/g。優異的電化學性能主要歸因于高的比表面積和豐富的表面缺陷有效地增大了電解液和活性材料的接觸面積

4、，縮短了鋰離子擴散距離，使更多的活性物質參與了反應，從而有效的提高了比容量;與此同時孔結構的存在，有效的緩沖了鋰離子嵌入脫出引起的體積變化，提高了電極材料的結構穩定性，從而提高了電極材料的循環壽命。
　　 本文采用了碳包覆的方法，來進一步提高錳氧化物在大電流密度下的電化學性能。Mn2O3和葡萄糖反應制得的Mn3O4@C納米材料具有最高的可逆容量，相比于介孔Mn2O3微球雖然缺少了一個電化學反應，但其1000次循環后的比容量仍然提