MnO_x基納米電極材料的合成及其性能研究

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1、論文分類號：１學(xué)校代碼：１０７０８學(xué)號：１５０２０４９ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＣＨＮ０Ｌ０ＧＹＩＴＩ碩士學(xué)位論文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅＭｎＯｘ基納米電極材料的合成及其性能研究王瑞誼指導(dǎo)教師姓名：曹麗云教授學(xué)科名稱：材料學(xué)論文提交日期：２０１８年３月論文答辯日期：２０１８年５月學(xué)位授予單位：陜西科技大學(xué)申請工學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目：MnOx基納米電極材料的合成及其性能研究學(xué)科門類：工學(xué)一級學(xué)科

2、：材料科學(xué)與工程培養(yǎng)單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生：王瑞誼導(dǎo)師：曹麗云教授2018年5月SynthesisandPropertiesofMnOxBasedNanoelectrodeMaterialsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByRuiyiWangSupervisor

3、:Prof.LiyunCaoMay2018MnOx基納米電極材料的合成及其性能研究摘要-1MnOx作為二次電池負(fù)極材料，由于其高的理論比容量（750+mAhg）,低的操作電壓（<0.5V），自然資源豐富，無毒等特點(diǎn)受到了研究者們的廣泛關(guān)注。但其在實(shí)際應(yīng)用中也存在導(dǎo)電性差和體積膨脹大的缺點(diǎn)，因此目前對于MnOx基納米電極材料的研究重點(diǎn)在于如何改善其導(dǎo)電性和體積膨脹而提高其電化學(xué)性能。本論文以改善提高M(jìn)nOx性能為目的，采用共沉淀法，固相法，水熱法，超聲法等制備了納米顆粒狀和片狀的MnOx以及MnOx/C

4、復(fù)合材料。同時(shí)研究了不同工藝因素對產(chǎn)物的物相，形貌以及電化學(xué)性能的影響。并揭示了其作為二次電池高效負(fù)極材料的儲(chǔ)能機(jī)理，其主要結(jié)論如下：（1）采用低溫共沉淀法成功制備出了顆粒狀的Mn3O4，大小約100nm，具有較為優(yōu)異的電化學(xué)性能，但受限于純相物質(zhì)較差的導(dǎo)電性，故引入SuperP作為性能改善劑。通過簡單的一步固相法制備了分散的納米顆粒狀Mn3O4/SuperP的復(fù)合物，并成功地在Mn3O4與SuperP之間構(gòu)建化學(xué)鍵以此來提高M(jìn)nO到Mn3O4轉(zhuǎn)化反應(yīng)的可逆性。在MnO2與SuperP質(zhì)量比為2:1，

5、熱處理溫度為500℃，熱處理時(shí)間為5h時(shí)所制備的產(chǎn)物性能最優(yōu)異，-1-1其在100mAg的電流密度下循環(huán)100圈后容量可達(dá)到1340mAhg。（2）采用兩步水熱法和熱處理法制備碳包覆一氧化錳和氮摻雜還原氧化石墨烯的復(fù)合物，不僅可以提高氧化物基體的導(dǎo)電性，還可以有效地緩解充放電過程中的體積膨脹問題。探索出了在第一步水熱溫度為120℃，添加-11.2g尿素，半包狀態(tài)時(shí)所制備的產(chǎn)物電化學(xué)性能最佳，其在500mAg的-1電流密度下循環(huán)120圈后可保持697.8mAhg的比容量，原因是特殊的半包結(jié)構(gòu)增加了42%

6、的吸附容量貢獻(xiàn)和48%的轉(zhuǎn)化反應(yīng)容量貢獻(xiàn)。（3）采用超聲法制備了片狀的MnOx，在超聲時(shí)間為6h，添加2gSDS時(shí)所制備的納米片結(jié)構(gòu)最完整，厚度最均一。但受限于片狀結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，-1故引入GO來穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)，其作為鋰離子電池負(fù)極材料在100mAg的電流-1密度下循環(huán)70圈后可保持905.1mAhg的比容量；其作為鈉離子電池負(fù)極-1-1材料，在1Ag的電流密度下仍可保持102mAhg的比容量。I關(guān)鍵詞：鋰離子電池，MnOx，導(dǎo)電性，體積膨脹，GO，SuperPIISynthesisandProperti

7、esofMnOxBasedNanoelectrodeMaterialsABSTRACTAsnegativeelectrodematerialforsecondarybatteries,MnOxhasreceivedextensiveattentionfromresearchersduetoitshightheoreticalspecificcapacity-1(750+mAhg),lowoperatingvoltage(<0.5V),abundantnaturalresourcesandnon-tox

8、icity.However,thepoorconductivityandlargevolumeexpansionalsolimitsitspracticalapplication.Therefore,thecurrentresearchfocusontheMnOx-basednano-electrodematerialsliesinhowtoimprovethelimitationsandimprovetheelectrochemicalperforma