【摘 要】
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MnO作为一种锂电负极材料时,具有高理论比容量,适中的放电平台和低极性的特点。然而,限制其应用的问题是其导电性差和充放电过程中体积变化大,容易导致电极结构在长期循环过
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MnO作为一种锂电负极材料时,具有高理论比容量,适中的放电平台和低极性的特点。然而,限制其应用的问题是其导电性差和充放电过程中体积变化大,容易导致电极结构在长期循环过程中崩溃。而碳材料则具有很多优点,例如:导电性高、比表面积大、具有柔性和大的孔体积等。为了提高MnO导电性并且缓解在充放电过程中MnO大的体积变化,我们将MnO和碳材料有效的复合在一起,制备了一种具有良好电化学性能的碳包覆MnO/rGO纳米复合材料。本文采用高温煅烧的方法来制备MnO基的碳复合材料。通过制备方法和包覆的碳源的不同以及石墨烯的加入来优化MnO基电极材料的电化学性能。碳材料的加入能为电子和离子提供连续的传输通道。同时,本文又详细地探究了碳包覆的MnO/rGO复合材料作为锂电负极材料的电化学性能,尝试从机理上解释碳包覆和石墨烯的加入能显著提高材料电化学性能的原因。在实验分析中,利用XRD、SEM、TEM、循环伏安测试、恒电流充放电和交流阻抗等测试手段对材料从形貌和电化学性能方面进行了表征。当用简单的化学沉淀法制备Mn(OH)2/rGO,并且葡萄糖为碳源时,经过N2保护下高温700℃处理6 h,得到的三维结构碳包覆的MnO/rGO复合材料的电化学性能最佳。电化学测试表明,制备的三维碳包覆的MnO/rGO电极在100 mA g-1和1000 mA g-1的电流密度下循环充放电50次之后的可逆容量分别为1247.3 mAh g-1和713.2 mAh g-1。在1 A g-1的电流密度下进行200次长循环后,容量能保持在792.2 mAh g-1。在该结构中,石墨烯片彼此交联形成三维导电网络。三维导电网络不仅为合成的复合材料提供了良好的导电性,而且有效地分散了Mn(OH)2沉淀物,为后续实验中在石墨烯两侧形成均匀的MnO纳米颗粒奠定了基础。碳保护层可以防止循环过程中MnO纳米粒子的聚集及其从石墨烯片上的掉落。三维结构碳包覆的MnO/rGO纳米复合材料合成方法简单并且也表现出了优异的倍率性能和循环稳定性。因此,三维结构的碳包覆MnO/rGO纳米复合材料作为锂离子电池负极材料具有很大的应用前景。
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