氧化物基鋰離子電池負(fù)極材料的生物模板法制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池以其高容量和高能量密度等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于儲能領(lǐng)域。碳材料是鋰離子電池最常用的負(fù)極材料，但是比容量低、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能較差，無法滿足高容量和高功率領(lǐng)域的應(yīng)用要求。過渡金屬氧化物擁有比容量高、安全性和資源豐富等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一類最有潛力的高性能電極材料。但是，大多數(shù)金屬氧化物導(dǎo)電性較差、容量衰減快、在充放電過程中易發(fā)生體積膨脹與粉化和極化較大。為此，本文用生物模板法制備MnO和Fe3O4負(fù)極材料，系統(tǒng)研究其制備工藝及電極組成與

2、電化學(xué)性能間的關(guān)系，主要結(jié)果如下:
　　(1)將浸泡過Mn(NO3)2溶液的木棉纖維為原材料，用氨熏法制備Mn(OH)2前驅(qū)體，在氬氣的氣氛保護(hù)下煅燒，得到最終產(chǎn)物。為了探究前驅(qū)體溶液的濃度、燒結(jié)溫度對材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，利用了X射線衍射、循環(huán)伏安、充放電測試等手段。優(yōu)化后的工藝條件為:Mn(NO3)2溶液/蒸餾水的配比為4∶2，在450℃下煅燒4h。合成的MnO/C復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在

3、200 mAg-1電流密度下充放電循環(huán)150次后，可逆容量保持在1454mAh g-1左右，表現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。即使在3Ag-1的高電流密度下，其可逆容量仍然接近477.7mAh g-1。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合適的碳含量和小尺寸的MnO納米顆粒，能夠改善電池的極化。另外，本文采用TEM、XPS等測試手段對MnO的充放電機(jī)制進(jìn)行了探討。我們發(fā)現(xiàn)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，MnxOy顆粒分裂成多個更小MnxOy納米顆粒;在充放電過程中，超理論容量是由于

4、碳缺陷中的結(jié)合氧和小MnO納米顆粒提供更多的儲鋰位置。
　　(2)本實(shí)驗(yàn)采用水稻根為原材料制備鋰離子電池負(fù)極材料，充分利用水稻根表面的“鐵膜”，在氮?dú)獾臍夥毡Ｗo(hù)下煅燒，得到最終產(chǎn)物Fe3O4/C的復(fù)合材料。為了探究燒結(jié)溫度對材料的電化學(xué)性能的影響，本章利用了X射線衍射、循環(huán)伏安、充放電測試等手段。最優(yōu)的工藝條件為:氬氣氣氛中，600℃下煅燒6h。Fe3O4/C電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能:在100mA g-1的電流密度下，經(jīng)過1