微納結(jié)構(gòu)MnO2及CuO的制備及作為鋰離子電池負(fù)極的性能研究.pdf

1、本文簡(jiǎn)述了鋰離子電池的工作機(jī)理，正極材料和負(fù)極材料的發(fā)展近況，概述了鋰離子電池負(fù)極材料的反應(yīng)原理機(jī)制，而且提出了3d過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料改進(jìn)相關(guān)問題的方案。并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。本文主要針對(duì)三方面進(jìn)行了研究，如下所述：
　?。?）采用水熱合成法制備了兩種α-晶型的MnO2微納米材料，在酸性條件下制備的MnO2微納米材料形貌為海膽狀，中性條件下制備的MnO2微納米材料形貌為毛線球狀，并進(jìn)行了表征和電化學(xué)性能測(cè)試。<

2、br>　?。?）采用化學(xué)還原法制備得到三種擁有空心和實(shí)心結(jié)構(gòu)的八面體狀CuO微納米材料，并進(jìn)行了表征和電化學(xué)性能測(cè)試。
　?。?）采用原位氧化聚合法在水溶液中制備了核殼結(jié)構(gòu)的PPy/MnO2材料，從聚合反應(yīng)的反應(yīng)溫度、氧化劑濃度、表面活性劑種類和聚合反應(yīng)時(shí)間等方面對(duì)制備聚吡咯的最優(yōu)反應(yīng)條件進(jìn)行了探索。在最優(yōu)反應(yīng)條件下制備得到了核殼結(jié)構(gòu)的PPy/MnO2材料，并對(duì)制備的核殼結(jié)構(gòu)的PPy/MnO2材料進(jìn)行了表征和電化學(xué)性能測(cè)試。探索了

3、形貌、晶型以及聚吡咯的包覆量和電化學(xué)性能之間的關(guān)系。
　　研究表明，擁有同種晶型的毛線球狀和海膽狀的MnO2微米材料作為鋰離子電池負(fù)極材料在0.2C放電倍率下，具有1396mAh/g和1407mAh/g的首次放電比容量。5次循環(huán)后，具有400mAh/g以上的比容量，均大于石墨材料的比容量。交流阻抗測(cè)試表明海膽狀MnO2微米材料的擴(kuò)散阻抗較低。作為鋰離子電池負(fù)極材料，海膽狀MnO2微米材料的電化學(xué)性能優(yōu)于毛線球狀MnO2微米材料。而

4、且通過測(cè)試結(jié)果可知，同種晶型不同形貌的樣品具有不同的電化學(xué)性能差異，即樣品的形貌對(duì)樣品的電化學(xué)性能有一定的影響。氧化還原法制備得到粒徑和結(jié)構(gòu)不同的三種八面體CuO微納米材料，在對(duì)三種樣品第2-50次充放電循環(huán)測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)樣品具有放電比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。400nm空心八面體CuO晶體材料在三種樣品中具有最高的可逆容量和最小阻抗。此研究也可證明材料的電化學(xué)性能與材料的形貌有一定關(guān)聯(lián)。通過對(duì)導(dǎo)電聚吡咯的最優(yōu)制備條件進(jìn)行摸索，證實(shí)摻雜

5、劑的種類、氧化劑的濃度、聚合反應(yīng)的時(shí)間、聚合反應(yīng)的溫度等對(duì)所制備的聚吡咯材料的導(dǎo)電性能有較大的影響。研究表明制備聚吡咯導(dǎo)電聚合物的最優(yōu)條件是：使用苯磺酸鈉為摻雜劑、FeCl3為氧化劑、吡咯單體與表面活性劑的物質(zhì)的量比為3:1、吡咯單體與FeCl3的物質(zhì)的量比為1:3，在冰水浴的實(shí)驗(yàn)條件（約為3～5℃）下，聚合反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)。用聚吡咯對(duì)MnO2材料進(jìn)行包覆處理后，毛線球狀MnO2在吡咯包覆用量為75μL時(shí)性能最佳（底物用量為0.2g）

6、，海膽狀MnO2在吡咯包覆用量為30μL時(shí)性能最佳（底物用量為0.2g）。在鋰離子電池的300次充放電循環(huán)性能測(cè)試中，兩種最佳包覆用量的PPy/MnO2材料的電池循環(huán)性能較裸材料的性能有較大幅度提升。這證明，通過對(duì)材料進(jìn)行包覆處理后，能切實(shí)提高材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。在未包覆前，裸材料的2-50次恒電流充放電循環(huán)測(cè)試中，海膽狀 MnO2較毛線球狀MnO2的電化學(xué)性能要好，但經(jīng)過聚吡咯包覆處理后，最佳包覆用量的毛線球狀材PPy/MnO2料