MnO納米棒-碳三維分級多孔網(wǎng)絡的構筑及電化學性能.pdf

1、過渡金屬氧化物近些年來一直備受電化學領域科研工作者們的關注?；谵D換反應機制的氧化物，用于二次電池負極時，具有以下這些優(yōu)點：理論克容量比商用石墨材料高，更安全的充電電位，相對密度一般都較大。在這類氧化物中，一氧化錳表現(xiàn)出非常出色的潛力，具有安全性好、錳礦儲量豐富、克容量較高和環(huán)境破壞小的優(yōu)點。尤為重要的是，具有相對其他金屬氧化物都低的充電電位（~1.2 V），在用于全電池時能保證較高的工作電壓。然而，與大多數(shù)金屬氧化物一樣，也有一些亟需

2、解決的缺陷：電子導電性差，導致可逆克容量很低、倍率性能很差；工作過程中，活性物質體積膨脹/收縮很大，容易發(fā)生團聚、粉化現(xiàn)象，導致固體電解質膜不穩(wěn)定，因而容量衰減很快。對此，本文從改善電子電導率和抑制體積應變兩個方面入手，構造和制備了 MnO/碳三維多孔網(wǎng)絡結構以提高其性能。同時，采用相應的測試手段表征了其結構、形貌及電化學性能，討論了其相關電化學行為。本文的主要研究內容如下：
　?。?）以水熱法制備的二氧化錳納米棒為前軀體，利用原

3、位共聚合的水相合成法得到了二氧化錳/聚苯胺復合物，煅燒得到MnO納米棒/氮摻雜碳復合的三維分級多孔導電網(wǎng)絡結構（MnO/N-C）。與其他三維分級結構不同的是，MnO納米棒被碳層均勻包覆的同時還被多孔碳網(wǎng)絡包裹。形成的新型三維分級多孔結構具有三維電子導電網(wǎng)絡，多孔網(wǎng)絡結構和一氧化錳納米棒的包覆層對活性物質的體積應變和團聚都起到了抑制的作用。
　　（2）合成的三維分級MnO納米棒/碳多孔網(wǎng)絡具有非常優(yōu)異的電化學性能。在50 mA g-

4、1的電流密度下，首圈充電比容量高達883.8 mAh g-1，其首圈庫倫效率也達到73.7％，循環(huán)5圈后其容量趨于恒定，仍有798 mAh g-1，高于其理論容量（756 mAh g-1）。其倍率性能也非常出色，在2000 mA g-1的電流密度下仍有425 mAh g-1，高于商用石墨負極的理論容量(～372 mAh g-1)。更值得關注的是，在4000 mA g-1的電流密度下，其首圈充電比容量有281.1 mAh g-1，循環(huán)30