MnO納米棒-碳三維分級多孔網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑及電化學(xué)性能.pdf

1、過渡金屬氧化物近些年來一直備受電化學(xué)領(lǐng)域科研工作者們的關(guān)注。基于轉(zhuǎn)換反應(yīng)機制的氧化物，用于二次電池負(fù)極時，具有以下這些優(yōu)點：理論克容量比商用石墨材料高，更安全的充電電位，相對密度一般都較大。在這類氧化物中，一氧化錳表現(xiàn)出非常出色的潛力，具有安全性好、錳礦儲量豐富、克容量較高和環(huán)境破壞小的優(yōu)點。尤為重要的是，具有相對其他金屬氧化物都低的充電電位（~1.2 V），在用于全電池時能保證較高的工作電壓。然而，與大多數(shù)金屬氧化物一樣，也有一些亟需

2、解決的缺陷：電子導(dǎo)電性差，導(dǎo)致可逆克容量很低、倍率性能很差；工作過程中，活性物質(zhì)體積膨脹/收縮很大，容易發(fā)生團聚、粉化現(xiàn)象，導(dǎo)致固體電解質(zhì)膜不穩(wěn)定，因而容量衰減很快。對此，本文從改善電子電導(dǎo)率和抑制體積應(yīng)變兩個方面入手，構(gòu)造和制備了 MnO/碳三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以提高其性能。同時，采用相應(yīng)的測試手段表征了其結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能，討論了其相關(guān)電化學(xué)行為。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）以水熱法制備的二氧化錳納米棒為前軀體，利用原

3、位共聚合的水相合成法得到了二氧化錳/聚苯胺復(fù)合物，煅燒得到MnO納米棒/氮摻雜碳復(fù)合的三維分級多孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（MnO/N-C）。與其他三維分級結(jié)構(gòu)不同的是，MnO納米棒被碳層均勻包覆的同時還被多孔碳網(wǎng)絡(luò)包裹。形成的新型三維分級多孔結(jié)構(gòu)具有三維電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和一氧化錳納米棒的包覆層對活性物質(zhì)的體積應(yīng)變和團聚都起到了抑制的作用。
　?。?）合成的三維分級MnO納米棒/碳多孔網(wǎng)絡(luò)具有非常優(yōu)異的電化學(xué)性能。在50 mA g-

4、1的電流密度下，首圈充電比容量高達883.8 mAh g-1，其首圈庫倫效率也達到73.7％，循環(huán)5圈后其容量趨于恒定，仍有798 mAh g-1，高于其理論容量（756 mAh g-1）。其倍率性能也非常出色，在2000 mA g-1的電流密度下仍有425 mAh g-1，高于商用石墨負(fù)極的理論容量(～372 mAh g-1)。更值得關(guān)注的是，在4000 mA g-1的電流密度下，其首圈充電比容量有281.1 mAh g-1，循環(huán)30