锰铌复合氧化物基锂离子电池负极材料的制备及电化学性能的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leoncici617
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随着当今新能源发电技术和新能源汽车的飞速发展,锂离子电池扮演着越来越重要的角色,而对锂离子电池能量密度、功率密度和安全性的要求也越来越高。传统的锂离子电池石墨类负极材料已经无法满足人们日益提高的需求,因此寻找一种比容量高、循环性能稳定、安全性好的锂离子电池负极材料已经成为了锂离子电池发展的关键之一。铌基氧化物作为锂离子电池的负极材料具有和钛酸锂同样优异的倍率和循环性能,而比容量大幅高于钛酸锂,因此已经成为了最近研究的热点。MnNb2O6是一种锰铌复合氧化物,当前对其的研究主要集中在光催化领域,而将其应用到锂离子电池负极材料的研究却很少。本文研究了MnNb2O6作为锂离子电池负极材料的性能,并且针对其导电性差的缺点进行了石墨烯复合改性的研究。本实验采用了溶剂热的方法,通过锰铌元素不同比例添加量的尝试,成功制备了一系列的锰铌氧化物。然后采用了XRD和EDS的表征手段对其物相组成和元素比例进行了分析表征,考察了锰铌元素不同比例添加量对制备产物组分的影响。结果证明采用Mn:Nb=1:0.8的摩尔比例所制备的锰铌氧化物为纯相的MnNb2O6,同时其元素比例也最接近MnNb2O6的化学计量比。采用了SEM和TEM的表征手段对其形貌进行了分析表征,考察了锰铌元素不同比例添加量对制备产物形貌的影响,结果表明采用Mn:Nb=1:0.8的摩尔比例所制备的纯相MnNb2O6具有最为规则的球状形貌。HRTEM表征所得到的晶格条纹间距进一步证明了MnNb2O6的存在。通过对一系列的锰铌氧化物进行电化学测试,发现采用Mn:Nb=1:0.8的摩尔比例所制备的纯相MnNb2O6表现出最为优异的电化学性能,50 mA·g-1下的可逆比容量为250.7 mAh·g-1,在500 mA·g-1下充放电循环100圈后,容量保持率为92.4%。同时纯相MnNb2O6也表现出了最小的电荷传递电阻。本实验采用了溶剂热的方法,在纯相MnNb2O6的基础上对其进行了石墨烯的原位复合研究,制备了一系列不同比例的MnNb2O6@rGO复合材料。通过采用XRD表征手段对其物相进行了表征,考察了不同比例石墨烯的复合对产物物相的影响,结果证明石墨烯的复合不会改变或者破坏MnNb2O6的物相和结构。采用了SEM和TEM的表征手段对其形貌进行了分析表征,考察了不同比例石墨烯的复合对产物形貌的影响,结果表明MnNb2O6@24.1%rGO材料中球状MnNb2O6较好的复合在了石墨烯片层上。TGA的表征进一步证明了石墨烯的存在,且MnNb2O6@24.1%rGO材料的实际石墨烯复合量为16.23%。通过对一系列不同比例的MnNb2O6@rGO复合材料进行电化学测试,发现MnNb2O6@24.1%rGO材料表现出最为优异的电化学性能,在50 mA·g-1下的可逆比容量由纯相的250.7 mAh·g-1提升到346.1 mAh·g-1,在500 mA·g-1下充放电循环100圈后,容量保持率为由纯相的92.4%提升到129.5%。同时,MnNb2O6@24.1%rGO也最大程度的减小了材料的电荷传递电阻。
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