裂解金屬及氧化物-聚吡咯納米管復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池具備較大的能量密度、工作電壓、比容量可觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，是多學(xué)科研究的熱點(diǎn)。近年來(lái)，鋰離子電池所用的負(fù)極多為石墨類(lèi)材料，但其理論比容量比較低（372 mAh/g）、易產(chǎn)生鋰枝晶。如何提高負(fù)極材料性能是目前有待處理的問(wèn)題。過(guò)渡金屬及其氧化物MO（M=Mn、Ni、Co、Sn等）以其理論比容量高、資源豐富、環(huán)境友好等特點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，這類(lèi)材料仍然存在諸多缺陷，如導(dǎo)電性差、Li+的反復(fù)插入/脫出易導(dǎo)致粉化、脫落。目前改善該材

2、料的主要方法有：將材料納米化或與碳材料及高導(dǎo)電物質(zhì)復(fù)合等。
　　論文首先采用軟模板法合成出PPy納米管，然后通過(guò)微波合成將過(guò)渡金屬或其氧化物附載在PPy納米管骨架上，最后經(jīng)過(guò)裂解分別得到了一氧化錳(MnO)及金屬鎳（Ni）與聚吡咯納米管（PPyNTs）的復(fù)合材料。其次采用SEM、TEM、XRD、TGA、IR、LAND測(cè)試系統(tǒng)及電化學(xué)工作站等研究了復(fù)合材料的微觀形貌、組成及電化學(xué)特性。論文主要內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　（1）以吡咯

3、單體為原料，F(xiàn)eCl3為氧化劑，甲基橙為軟模板制得聚吡咯納米管PPyNTs。將得到的PPyNTs在氬氣氣氛下700℃裂解2h得到p-PPyNTs活性物質(zhì)，裂解后的p-PPyNTs管呈現(xiàn)二維管狀結(jié)構(gòu)，多為無(wú)定形，其比容量小于石墨。
　?。?）將PPyNTs與一水合氯化錳混合，在混合物中加入二乙烯三胺，在240℃下微波反應(yīng)10min，將所得前驅(qū)體在氬氣氣氛下700℃裂解2h得到p-MnO@PPyNTs活性物。當(dāng)PPyNTs與一水合氯化

4、錳的原料質(zhì)量比為1:20且二乙烯三胺加入量為0.2mL時(shí)，活性物展現(xiàn)出了最佳儲(chǔ)鋰性能。在電流密度為200 mA/g下，首圈放電比容量為1322.3 mAh/g，首圈庫(kù)倫效率為63.6％，恒流充放電200次后比容量依然保持在657.4 mAh/g；在500 mA/g下，活性物首圈比容量為1315.6 mAh/g，首圈庫(kù)倫效率為63.7%，循環(huán)200圈后比容量仍然保持在587.6 mAh/g。在充放電過(guò)程中，PPyNTs的存在一方面使電解液

5、的滲透、電子的轉(zhuǎn)移和離子的擴(kuò)散更加容易，另一方面使MnO較大的體積變化得到緩沖，從而使其儲(chǔ)鋰性能得到大幅度提高。
　?。?）將六水合硝酸鎳與PPyNTs混合，在150℃下微波反應(yīng)10min，將所得前驅(qū)體在氬氣氣氛下700℃裂解2h得到p-Ni@PPyNTs活性物。當(dāng)六水合硝酸鎳與PPyNTs質(zhì)量比為5:1時(shí)活性物展現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能，在500mA/g電流密度下首圈放電比容量為1170.2 mAh/g，循環(huán)340圈后比容量仍保持在6