T型微通道反应器合成棒状多孔MnO@C及其储锂行为研究
发布时间：2021-01-13 02:05
过渡金属氧化物MnO具有理论容量高、电势低、资源丰富、成本低等优点,是目前锂离子电池负极材料的研究热点之一。然而较低的电导率以及充放电过程中体积膨胀导致其较差的循环稳定性和倍率性能,限制了该材料的实际应用。针对MnO材料存在的缺陷,本文以MnS04-H20和（NH4）2C2O4-H20为原料,采用微通道反应器强化沉淀法制备粒径小、分布均匀的草酸锰前驱体,前驱体与葡萄糖碳源均匀混合后经热处理得到棒状多孔MnO@C负极材料。用物相分析（XRD）、形貌分析（SEM、TEM）、恒流充放电技术、循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）等探究了反应物浓度、进料流速、碳源添加量、陈化时间对合成前驱体以及MnO@C材料的形貌结构、电化学性能和锂离子脱嵌过程的影响。随着原料浓度或进料流速的增加,前驱体和MnO@C材料颗粒粒径先减小后增加,而MnO@C材料的循环稳定性和比容量则先增加后降低;随着碳葡萄糖用量的增加,MnO@(C的循环稳定性有所增加,但比容量随之降低。随着陈化时间的延长,前驱体及MnO@C由棒状结构演变为团聚的块状体,前驱体及MnO@C材料的结晶度增加...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＭｎＯ＠Ｃ制备工艺流程（ａ）和Ｔ型微反应器通道参数（ｂ）??
－。驱体表面进行碳包覆，增强材料的稳定性以及导电性。在合成ＭｎＯ＠Ｃ负极材料的过程??中，探宄了原料浓度、进料流速、碳源添加量、陈化时间对材料形貌、结构及电化学性??能的影响。再结合不同温度下交流阻抗测试研宄了原料浓度、进料流速、碳源添加量对??电极动力学的影响。从而不断优化工艺条件，制备性能优异的ＭｎＯ＠Ｃ负极材料。??３．１原料浓度的影响??根据前文所述制备工艺流程以及分析方法，研究原料浓度对所合成材料形貌、结构、??电化学性能的影响。固定原料液进料速度为５０?ｍｒｍｉｉｒ１，前驱体与葡萄糖质量比为１０：??３．５，陈化时间为２?ｈ，烧结条件为在Ｎ２氛围下４５０?°Ｃ反应６?ｈ。在原料液浓度分别为０．０５、??０．１、０．２、０．３?ｍｏｌｌ／１条件下制备ＭｎＯ＠Ｃ材料。为了便于识别，以上不同原料浓度下??合成的前驱体分别记为Ｐ０．０５，Ｐ０．１，Ｐ０．２，Ｐ０．３；对应合成的ＭｎＯ＠Ｃ材料分别记为??Ｍ０．０５，?Ｍ０．１，?Ｍ０．２，?Ｍ０．３??３．１．１原料浓度对材料形貌结构的影响??
图３－４不同原料浓度下合成ＭｎＯ＠Ｃ的循环性能⑻和阶梯倍率性能图（ｂ）??Ｆｉｇ．?３－４?Ｃｙｃｌｅ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ａ）?ａｎｄ?ｒａｔｅ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ｂ）?ｏｆ?ＭｎＯ＠Ｃ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒａｗ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??图３－４为不同原料浓度下合成的ＭｎＯ＠Ｃ应用于锂离子电池负极材料的２?Ｃ倍率循??环性能图（ａ），以及阶梯倍率图（ｂ）。由图３－４（ａ）可知，在２?Ｃ下，原料浓度为０．０５、０．１、??０．２、０．３?ｍｏｌ?Ｌ－１?下合成?ＭｎＯ＠Ｃ?的首圈放电比容量分别为?１０１１．５、１１８１．９、１１９５．４、１１９８．４??ｍＡｈ?ｇ－１。第二圈比容量分另ＩＪ下降至７７０．５、８８０．２、８５９．２、８５６．８?ｍＡｈ－ｇ－１。说明首圈放电??容量高且放充电效率低，这是因为首次放电至低电位下电极表面会生成ＳＥＩ膜［７５］，导致??部分容量不可逆。经历１００次充放电循环后，其比容量分别剩余６３１．３、７１１．４、７５８．９、??６９０．１?ｍＡｌｒｇ－１，可见样品颗粒越细，比表面积越大，使得材料与电解液接触面积大，促??进了电极材料的电化学反应，而多孔结构缩小了?Ｌｉ＋的扩散距离［３Ｓ］，因此（ＵｒｎｏｌＬ－１下??制备的ＭｎＯ＠Ｃ获得的比容量更高，且１００循环后容量保持率较第二圈为８８．３％。良好??的循环稳定性归因于，粒径小的材料在循环过程中体积膨胀小［７６：１，结构稳定导致容量衰??减小。??图３－４（ｂ）为ＭｎＯ＠Ｃ在电流密度分别在０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ、５Ｃ、０．５Ｃ下的倍率性能??图。可知
本文编号：2973990
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＭｎＯ＠Ｃ制备工艺流程（ａ）和Ｔ型微反应器通道参数（ｂ）??
－。驱体表面进行碳包覆，增强材料的稳定性以及导电性。在合成ＭｎＯ＠Ｃ负极材料的过程??中，探宄了原料浓度、进料流速、碳源添加量、陈化时间对材料形貌、结构及电化学性??能的影响。再结合不同温度下交流阻抗测试研宄了原料浓度、进料流速、碳源添加量对??电极动力学的影响。从而不断优化工艺条件，制备性能优异的ＭｎＯ＠Ｃ负极材料。??３．１原料浓度的影响??根据前文所述制备工艺流程以及分析方法，研究原料浓度对所合成材料形貌、结构、??电化学性能的影响。固定原料液进料速度为５０?ｍｒｍｉｉｒ１，前驱体与葡萄糖质量比为１０：??３．５，陈化时间为２?ｈ，烧结条件为在Ｎ２氛围下４５０?°Ｃ反应６?ｈ。在原料液浓度分别为０．０５、??０．１、０．２、０．３?ｍｏｌｌ／１条件下制备ＭｎＯ＠Ｃ材料。为了便于识别，以上不同原料浓度下??合成的前驱体分别记为Ｐ０．０５，Ｐ０．１，Ｐ０．２，Ｐ０．３；对应合成的ＭｎＯ＠Ｃ材料分别记为??Ｍ０．０５，?Ｍ０．１，?Ｍ０．２，?Ｍ０．３??３．１．１原料浓度对材料形貌结构的影响??
图３－４不同原料浓度下合成ＭｎＯ＠Ｃ的循环性能⑻和阶梯倍率性能图（ｂ）??Ｆｉｇ．?３－４?Ｃｙｃｌｅ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ａ）?ａｎｄ?ｒａｔｅ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ｂ）?ｏｆ?ＭｎＯ＠Ｃ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒａｗ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??图３－４为不同原料浓度下合成的ＭｎＯ＠Ｃ应用于锂离子电池负极材料的２?Ｃ倍率循??环性能图（ａ），以及阶梯倍率图（ｂ）。由图３－４（ａ）可知，在２?Ｃ下，原料浓度为０．０５、０．１、??０．２、０．３?ｍｏｌ?Ｌ－１?下合成?ＭｎＯ＠Ｃ?的首圈放电比容量分别为?１０１１．５、１１８１．９、１１９５．４、１１９８．４??ｍＡｈ?ｇ－１。第二圈比容量分另ＩＪ下降至７７０．５、８８０．２、８５９．２、８５６．８?ｍＡｈ－ｇ－１。说明首圈放电??容量高且放充电效率低，这是因为首次放电至低电位下电极表面会生成ＳＥＩ膜［７５］，导致??部分容量不可逆。经历１００次充放电循环后，其比容量分别剩余６３１．３、７１１．４、７５８．９、??６９０．１?ｍＡｌｒｇ－１，可见样品颗粒越细，比表面积越大，使得材料与电解液接触面积大，促??进了电极材料的电化学反应，而多孔结构缩小了?Ｌｉ＋的扩散距离［３Ｓ］，因此（ＵｒｎｏｌＬ－１下??制备的ＭｎＯ＠Ｃ获得的比容量更高，且１００循环后容量保持率较第二圈为８８．３％。良好??的循环稳定性归因于，粒径小的材料在循环过程中体积膨胀小［７６：１，结构稳定导致容量衰??减小。??图３－４（ｂ）为ＭｎＯ＠Ｃ在电流密度分别在０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ、５Ｃ、０．５Ｃ下的倍率性能??图。可知
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