石墨烯-MnxOy的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、錳氧化物作為鋰離子電池材料具有比容量高，便宜環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，但是錳氧化物的電導(dǎo)率低，在充放電過(guò)程中體積膨脹大，這些缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。為了改善這些缺點(diǎn)，本文將石墨烯分別與MnO2、Mn3O4以及MnO復(fù)合之后得到的復(fù)合材料作為鋰離子電池的電極材料，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究，探討石墨烯的加入對(duì)復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)鋰機(jī)理的影響。
　　分別采用水合肼超聲法和乙二醇輔助水熱法制備出層狀石墨烯(N-RGO)和三維多孔(3D-RGO)還原石墨烯

2、。通過(guò)掃描電鏡和透射電鏡等檢測(cè)手段表征了它們之間形貌的區(qū)別;通過(guò)X-射線衍射譜(XRD)，拉曼譜(Raman)等檢測(cè)手段表征了其晶體結(jié)構(gòu)、無(wú)序化、缺陷以及雜化程度。研究發(fā)現(xiàn)與水合肼超聲法比較，乙二醇輔助水熱法能夠提高石墨烯的還原程度，降低無(wú)序化，增加sp2雜化程度。進(jìn)一步把通過(guò)兩種方法制備出的石墨烯組裝成鋰離子電池電極，研究它們的電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn):N-RGO作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，首次充電比容量高達(dá)792 mAh g-1（幾乎是傳

3、統(tǒng)石墨負(fù)極材料的2倍，石墨負(fù)極材料理論容量372 mAh g-1）;而3D-RGO作為鋰離子電容電池正極材料時(shí)，在100 mAg-1的電流密度下首次放比電容量高達(dá)172mAh g-1，循環(huán)3000次之后容量保持不變。這種材料還顯示非常好的倍率性能，在20Ag-1電流密度下，比容量保持在85 mAh g-1。
　　考察了石墨烯的加入對(duì)鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能的影響。設(shè)計(jì)熱還原法制備出石墨烯-MnO2納米棒復(fù)合材料并研究其作為鋰

4、離子電池正極材料時(shí)的電化學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石墨烯的加入能夠提高復(fù)合物的電化學(xué)性能，而煅燒溫度會(huì)影響石墨烯的電導(dǎo)率，也會(huì)對(duì)MnO2的晶型有一定的改變，繼而影響復(fù)合材料的電化學(xué)性能。XRD表明，水熱法制備的MnO2為γ-MnO2，與氧化石墨混合后在300℃下煅燒后γ-MnO2向β-MnO2晶相轉(zhuǎn)變?？疾鞂?duì)不同溫度煅燒后得到的材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在300℃下煅燒后得到的石墨烯-MnO2（MG-300）的電化學(xué)性能最好。在0.1 C(3

5、0.8 mA g-1)倍率、2-3.5 V的電壓區(qū)間下，MG-300的首次放電比容量為241 mAh g-1;循環(huán)100次之后容量保持在158 mAh g-1;在0.1C，0.2 C，0.4 C，1C和1.5 C下的容量分別為155，132，110，78和68 mAh g-1。石墨烯的加入大大提高了MnO2作為鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能。
　　研究了石墨烯分別與Mn3O4和MnO復(fù)合得到的納米復(fù)合物作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)的電

6、化學(xué)性能以及石墨烯的加入對(duì)復(fù)合物性能的影響。(1)采用超聲法制備出石墨烯-Mn3O4(G-Mn3O4)納米復(fù)合材料，作為鋰離子電池負(fù)極材料，G-Mn3O4首次放電比容量達(dá)到1037 mAh g-1，首次充電比容量達(dá)到760 mAh g-1，50次循環(huán)后容量保持率為94％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于純Mn3O4的電化學(xué)性能。(2)通過(guò)原位還原法，以氧化石墨和MnO2納米桿為前驅(qū)體在惰性氣體保護(hù)下成功制備出石墨烯-MnO(G-MnO)納米復(fù)合物，通過(guò)掃描電鏡

7、(SEM)和透射電鏡(TEM)表征發(fā)現(xiàn)MnO納米桿能夠均勻的復(fù)合在石墨烯的表面。G-MnO作為鋰離子電池負(fù)極材料，具有優(yōu)秀的電化學(xué)性能，首次放電比容量高達(dá)1144 mAh g-1，首次充電比容量為747 mAh g-1，循環(huán)80次之后，充電比容量保持在716 mAh g-1，容量保持率為92.8％。作為鋰離子電池負(fù)極材料，G-MnO相對(duì)于純MnO具有較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，較好的倍率性能。因此，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石墨烯增強(qiáng)了納米復(fù)合物作為鋰離子電池負(fù)