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MnO/C复合材料作为锂离子电池负极的电化学性能

作　者: 刘佳
导　师: 潘钦敏
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 锂离子电池 负极材料 MnO/C 电化学性能
分类号: TM912.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本课题用高温烧结有机前驱体的方法,制备了纳米级的MnO/C复合材料,并对其做了系统的研究。利用XRD、TG、SEM、TEM和XPS等手段对材料的化学组成和微观结构进行了分析;同时,对材料进行了恒流充放电和循环伏安等测试,研究复合材料的电化学性能。制备出的MnO/C复合材料是一种纳米级的“核-壳”结构的材料。材料呈颗粒状均匀分布,颗粒大小在100 nm200 nm之间。材料的首次嵌锂容量为1189.5 mAh g-1,脱锂容量可达706.8 mAh g-1,库伦效率为59.4%。经过45次循环后,材料的脱嵌锂容量仍能保持在424.6 mAh g-1。MnO/C复合材料中所含有的碳可以提高MnO的导电性和分散程度,缓解材料的体积膨胀,加快电化学反应的传荷速率。论文对制备复合材料的条件,如:前驱体的种类、烧结时间、烧结温度和氧化时间等加以研究。发现通过溶胶-凝胶法制备得到的苯甲酸锰作为前驱体烧结得到的复合材料体现出较高的嵌锂容量;不同烧结时间制备的MnO/C复合材料在最初的脱嵌锂过程中,性能差别不大,但其循环性能和倍率性能随烧结时间的增长而下降;500℃下高温烧结制备的复合材料的嵌锂容量较400℃和600℃烧结制备的复合材料要好;不同的氧化时间也会对材料的性能产生影响,随着氧化时间的增长,材料的脱嵌锂容量增加。所以,在制备MnO/C复合材料时,选择苯甲酸锰做前驱体,在500℃通氮气保护,隔绝空气高温烧结2 h,降温到200℃后,再在空气中200℃氧化5 h制备得到的复合材料的性能比较好。另外,研究掺杂Ni对MnO/C复合材料的电化学性能的影响。复合材料在掺杂Ni后,脱嵌锂容量、循环性能和倍率性能有不同程度的降低。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 过渡金属氧化物作为锂离子电池负极的研究现状  9-13
    1.2.1 过渡金属氧化物的分类  10-11
    1.2.2 过渡金属氧化物的性能的优化方法  11-13
  1.3 MnO 作为锂离子电池的负极材料的研究现状  13-14
  1.4 本论文的研究内容  14-15
第2章 实验材料与实验方法  15-22
  2.1 主要化学试剂及实验设备  15-17
    2.1.1 主要化学试剂  15-16
    2.1.2 主要实验仪器及设备  16-17
  2.2 MnO/C 复合材料的制备  17-18
    2.2.1 MnO/C 复合材料前驱体的制备  17-18
    2.2.2 高温烧结制备复合材料  18
  2.3 实验电池的组装  18-19
  2.4 复合材料的性能表征  19-22
    2.4.1 复合材料物理性能表征  19-20
    2.4.2 复合材料电化学性能表征  20-22
第3章 MnO/C 作为锂离子电池负极材料的电化学储锂性能  22-31
  3.1 引言  22
  3.2 MnO/C 复合材料的物理性能表征  22-26
    3.2.1 TG 分析  22-23
    3.2.2 XRD 测试  23-24
    3.2.3 XPS 分析  24-25
    3.2.4 SEM 分析  25-26
    3.2.5 TEM 分析  26
  3.3 MnO/C 复合材料的电化学性能分析  26-29
    3.3.1 CV 分析  26-27
    3.3.2 充放电分析  27-28
    3.3.3 循环性能测试  28-29
    3.3.4 倍率性能测试  29
  3.4 本章小结  29-31
第4章 影响MnO/C 复合材料性能的因素  31-46
  4.1 引言  31
  4.2 不同前驱体对MnO/C 复合材料的性能影响  31-35
    4.2.1 不同前驱体对材料的表观的影响  31-32
    4.2.2 不同前驱体对MnO/C 材料的CV 性能的影响  32-33
    4.2.3 不同前驱体对MnO/C 材料的充放电性能的影响  33-34
    4.2.4 不同前驱体对MnO/C 材料的循环性能的影响  34-35
  4.3 烧结时间对MnO/C 复合材料性能的影响  35-38
    4.3.1 烧结时间对复合材料嵌锂容量的影响  35-36
    4.3.2 烧结时间对复合材料循环性能的影响  36-37
    4.3.3 烧结时间对复合材料倍率性能的影响  37-38
  4.4 烧结温度对MnO/C 复合材料性能的影响  38-42
    4.4.1 烧结温度对材料嵌锂容量的影响  38-40
    4.4.2 不同烧结温度对材料循环性能的影响  40-41
    4.4.3 烧结温度对材料倍率性能的影响  41-42
  4.5 氧化时间对MnO/C 复合材料性能的影响  42-45
    4.5.1 氧化时间对复合材料嵌锂容量的影响  42-43
    4.5.2 氧化时间对复合材料循环性能的影响  43-44
    4.5.3 不同氧化时间对复合材料倍率性能的影响  44-45
  4.6 本章小结  45-46
第5章 掺杂Ni 对MnO/C 复合材料电化学性能的影响  46-53
  5.1 引言  46
  5.2 掺杂Ni 的MnO/C 复合材料的XRD 测试  46-47
  5.3 掺杂Ni 对MnO/C 复合材料的电化学性能的影响  47-52
    5.3.1 掺杂Ni 对MnO/C 复合材料的CV 性能的影响  47-48
    5.3.2 掺杂Ni 对MnO/C 复合材料嵌锂容量的影响  48-50
    5.3.3 掺杂Ni 对MnO/C 复合材料循环性能的影响  50-51
    5.3.4 掺杂Ni 对MnO/C 复合材料倍率性能的影响  51-52
  5.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池 > 各种材料蓄电池
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