一維錳氧化物-碳中空納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計、表征和電化學性能.pdf

1、隨著能源需求的不斷增長，太陽能、風能等可再生能源受到廣泛的關(guān)注，因此探索具備優(yōu)良性能的新型儲能材料已成為當今的一個研究課題。鋰離子電池，有比容量大，循環(huán)壽命長，充放電速率快等優(yōu)點，在電子設(shè)備和電動汽車領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的潛力。電極材料是制約鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵之一，因此，設(shè)計構(gòu)筑新型電極材料顯得尤為重要。
　　錳氧化物，作為一種新型的鋰離子電池電極材料，由于其具有高容量、低成本、環(huán)境友好等優(yōu)點，受到廣泛研究。然而，錳氧化物作為電極材料

2、也存在著一些問題：（1）錳氧化物較低的電子電導和離子電導使得電極材料難以實現(xiàn)高倍率充放電；（2）錳氧化物在鋰離子的嵌入和脫出過程中發(fā)生較大的體積膨脹與收縮，破壞電極材料結(jié)構(gòu)完整性，導致較差的循環(huán)性能；（3）由于材料的體積變化，導致固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI）的反復形成與破裂，消耗大量電解液中的鋰源，導致較低的庫倫效率。
　　針對上述問題，本文進行了相關(guān)研究，取得以下結(jié)果：
　?。?）采用水熱法、溶膠凝膠法、硬模板法等液相合成方法依

3、次制備了一維錳氧化物納米棒，一維錳氧化物/碳同軸納米棒，一維錳氧化物/碳同軸中空納米棒，擬通過碳包覆改性提高電極材料的大電流倍率性能，通過中空結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑增強電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆性。通過XRD, SEM, TEM, XPS, Raman, TGA等技術(shù)對材料的形貌、結(jié)構(gòu)、化學狀態(tài)等進行了系統(tǒng)表征。
　?。?）我們將三種電極材料作為鋰離子電池負極材料進行循環(huán)伏安、交流阻抗、恒電流充放電等電化學性能測試。結(jié)果表明，相比于一維錳氧化

4、物納米棒，一維錳氧化物/碳同軸納米棒而言，一維錳氧化物/碳同軸中空納米棒表現(xiàn)出較高的放電比容量和較好的循環(huán)性能，在100 mA/g的電流密度下，首次可逆比容量可達660 mAh/g;在500 mA/g的電流密度下，循環(huán)900次后，可逆容量達到634 mAh/g，證明了本文形貌構(gòu)筑的合理性。
　?。?）我們重點進行了材料結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性研究，該優(yōu)異的電化學性能歸因于：較大的比表面積增大了材料與電解液的接觸面積，提供了更多的反應(yīng)位點