一维锰氧化物/碳中空纳米结构的设计、表征和电化学性能

发布时间：2021-09-11 14:56

　　随着能源需求的不断增长,太阳能、风能等可再生能源受到广泛的关注,因此探索具备优良性能的新型储能材料已成为当今的一个研究课题。锂离子电池,有比容量大,循环寿命长,充放电速率快等优点,在电子设备和电动汽车领域表现出巨大的潜力。电极材料是制约锂离子电池发展的关键之一,因此,设计构筑新型电极材料显得尤为重要。锰氧化物,作为一种新型的锂离子电池电极材料,由于其具有高容量、低成本、环境友好等优点,受到广泛研究。然而,锰氧化物作为电极材料也存在着一些问题:（1）锰氧化物较低的电子电导和离子电导使得电极材料难以实现高倍率充放电;（2）锰氧化物在锂离子的嵌入和脱出过程中发生较大的体积膨胀与收缩,破坏电极材料结构完整性,导致较差的循环性能;（3）由于材料的体积变化,导致固态电解质膜（SEI）的反复形成与破裂,消耗大量电解液中的锂源,导致较低的库伦效率。针对上述问题,本文进行了相关研究,取得以下结果:（1）采用水热法、溶胶凝胶法、硬模板法等液相合成方法依次制备了一维锰氧化物纳米棒,一维锰氧化物/碳同轴纳米棒,一维锰氧化物/碳同轴中空纳米棒,拟通过碳包覆改性提高电极材料的大电流倍率性能,通过中空结构的构筑增强... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池的工作原理示意图

武汉理工大学硕士学位论文3图1-2 纳米材料按照维度分类及其分别对应的分级纳米结构示意图[15]如图 1-2 所示[15]，按组成纳米材料的基本结构单元的维度，可将其可以分为四类：（1）零维纳米材料，在三维空间尺寸都处于纳米尺寸范围，如核壳结构的纳米颗粒、空心球包覆的纳米颗粒、纳米颗粒和量子点复合结构等；（2）一维纳米材料，在空间有两维在纳米尺寸，如超长纳米线、同轴纳米管阵列、中空纳米线复合结构等，Charles M Lieber 等科学家在此领域做出了世界瞩目的突出贡献[16-19]；（3）二维纳米材料，在空间中有一个维度处于纳米尺寸的范围，如多层石墨烯/纳米颗粒复合三明治结构、超薄碳层修饰的纳米片层、碳包覆的纳米片等分级结构；（4）三维纳米材料，空间由排列有序的纳米结构构成阵列，如中空多孔纳米线阵列电极、三维多孔多通道网络结构等，该类结构的材料近年来受到学者的广泛关注[20-24]。1.2.2 一维纳米材料的分类

纳米材料根据多级复合方式的分类及其在生物化学等领-3 所示[36]，一维纳米材料根据其形貌特征可以主要分为两一维纳米结构，包括主干和支干为同种物质所形成的同和支干为不同种物质所形成的异质树枝状纳米线、表面些结构具有较大的比表面积，为电化学反应提供更多的应速率和提高活性物质的使用率。（2）内部功能化的一的纳米线、管中线同轴纳米线、多壳同轴纳米线、多孔结构也具有较大的比表面积，能够提供更便利的锂离子空心结构更有利于缓解材料在充放电过程中的体积膨胀性。纳米材料的合成与应用十年的发展，一维纳米材料的合成与制备方法取得了重方法包括：静电纺丝法、水热法、化学气相沉积法、模

【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化锰晶型转变研究[J]. 郭学益,刘海涵,李栋,田庆华,徐刚.  矿冶工程. 2007(01)

硕士论文
[1]多孔锰氧化物纳米材料的可控合成及其电化学性能[D]. 常靓.武汉理工大学 2012



本文编号：3393206