过渡金属氧化物的合成及其储锂性能的研究

发布时间：2020-04-12 09:06

【摘要】：近年来,伴随着能源资源的日益枯竭和环境问题的日渐严重,发展适应现代社会的清洁能源和储能系统已成为当务之急。锂离子电池因其具有高效、成本低、环境友好等优点,已成为高性能电池的代表,广泛用于手机、笔记本、相机等高耗能电子设备。传统的石墨负极材料由于理论比容量较低,限制了其在电动汽车(EV)以及混合动力汽车(HEV)等大型电子设备方面的发展。因此,发展新一代高容量、高功率、安全稳定以及长续航锂离子电池负极材料已成为当前急待攻克的难题。纳米材料具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,是纳米材料科学中最富有活力的领域。纳米材料在光学、热学、电学、磁学、力学以及电化学等方面显示出许多奇异的特性,因而在生物、信息、能源、环境、宇航等高科技领域具有广阔的应用前景。其中空心多孔的过渡金属氧化物纳米材料由于其独特的尺寸和结构、大的比表面积和小的体积效应,使其成为设计和开发新一代高容量、高性能锂离子电池负极材料的研究热点之一。本论文以纳米级的过渡金属氧化物为研究对象,研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。主要合成了还原氧化石墨烯包覆多孔三氧化二锰纳米球、氮掺杂碳层包覆多孔氧化锰纳米球两种纳米复合材料。应用多种表征手段对合成的复合材料进行形貌、结构和组成的分析,并研究了其作为锂离子电池负极材料在能量存储方面的应用。主要工作如下:1、合成含氮的长链有机配体(HL10),并与乙酸锰在油浴条件下通过简单的配位自组装反应得到前驱体(Mn(OAc)2-C-8),经过高温处理得到多孔三氧化二锰纳米球(Mn2O3 NSs)。对比研究其作为负极材料在锂离子电池方面的应用,由于本身结构的不稳定性,在循环过程中造成了严重的不可逆的容量损失。2、以多孔三氧化二锰纳米球(Mn2O3 NSs)为原料,经过氧化石墨烯在纳米球表面自组装包覆及水合肼还原过程,合成还原氧化石墨烯包覆三氧化二锰(Mn2O3@r GO)复合材料。该材料作为锂离子电池负极材料时展现了很好的电化学性能。3、通过多巴胺聚合反应和高温碳化的方法制得核壳结构的氮掺杂的多孔碳包覆氧化锰(Mn O@NC)复合材料。氮掺杂的碳层很好地维持了多孔氧化锰在充放电过程中形貌结构的稳定性以及提高了整个电极材料的导电性。因而,研究其作为负极材料在锂离子电池方面的应用时,该复合材料表现出优异的储锂性能。
【图文】：

复合物,锂离子电池负极材料,材料,比容量

a）Si-Ni/C 复合物的 SEM 图；（b）纯 Si、Carcon、Si-carbon 和 Si-N的循环性能。2）锡基材料基材料作为锂离子电池负极材料具有较高的比容量，同时也存在首圈

负极材料,放电比容量,比容量,安全性

图 1.6 部分转化类负极材料的首次放电比容量物（如 MnO、Mn2O3、FeO、Co3O4、CuO 等较高的理论比容量（1000 mAh g-1左右）、高以及安全性好等优点，因而受到了广泛的关
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O611.4;TM912

【参考文献】