MnO@碳复合电极材料的制备及其储锂性能研究

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MnO材料具有较高的理论储锂容量(755 mAh g-1),成本低、环境友好以及相对较低的工作电位等优点,被认为是最有前途的锂离子电池负极材料之一。但因其电导率较低且在充放电过程中巨大的体积变化,导致电化学性能不尽如人意,严重阻碍了其实际应用。本论文将MnO与碳材料结合构建了新型的三维导电结构,有效改善材料的电化学性能。通过简单的液相反应结合高温热处理制备了CNT/MnO复合材料,并进一步通过静电自组装的方法成功构建了具有三维导电网络结构的CNT/MnO-RGO复合材料。探索了反应物质量对电极材料的影响。当反应物KMnO4浓度为10 mol L-1时,氧化石墨烯为30 mg时,得到材料CNT/MnO-RGO在1 A g-1的电流密度下,初始放电比容量为412.6 mAh g-1,循环200圈后其放电比容量为422.9 mAh g-1,容量保持率为97.6%。优异的电化学性能归因于导电性良好的CNT和层状石墨烯与MnO结合后形成一种新型的具有三维导电结构的电极材料,加速了锂离子的嵌入与脱出,增强了材料的稳定性。通过水热法制备了超长的MnO2纳米线,将其包覆聚多巴胺后进行热处理,得到核壳结构的MnO@N-C复合材料,将该材料通过静电组装与还原的石墨烯结合得到MnO@N-C-RGO复合材料。探究了碳含量、热处理温度与氧化石墨烯的量对复合材料储锂性能的影响,当多巴胺的量为150 mg,热处理温度为800℃,氧化石墨烯为40 mg时,得到的MnO@N-C-RGO材料在1 A g-1的电流密度下循环500圈放电比容量高达680 mAh g-1,容量保持率为95.7%。MnO@N-C-RGO复合材料具有优异的电化学性能归因于石墨烯的引入增强了其导电性,独特的三维结构缓解了材料脱嵌锂时的体积变化。
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