锂离子电池锰基负极材料的形貌控制合成及电化学性能研究

摘要

近年来，锂离子电池因其具有高能量密度、高功率密度、输出能量稳定、环保等优势，逐渐成为电子产品、电动工具及纯电动/混动汽车不可缺少的能量储存技术。在锂离子电池中，负极材料作为重要的组成部分，其发展受到人们的关注。目前已商业化的石墨负极材料，实际使用中其理论容量（375mAh/g）相对较低，为此，开发新型的负极材料成为人们的研究热点。在众多金属氧化物负极材料中，相比于铁、钴和镍基氧化物，锰基氧化物由于其具有高比容量、无毒、价格低廉和宽泛的工作电压，以及平均放电电压和充电电压为0.5V和1.2V等优点，成为研究者们关注的焦点。但是锰基材料由于其在电化学反应过程中会产生较大的体积变化、氧化物负极材料电导率较低、首次循环库伦效率较低及严重的电压滞后现象使其作为负极材料的应用受到限制。因此，构筑锰基材料的结构多样性是非常有必要的。本文主要合成了不同维度MnOOH多层纳米线和多孔结构MnMoO4氧化物，通过改变各种反应条件探究最终产物形貌结构的形成机理，并进行电化学性能测试。
　　本文研究内容主要如下：
　　（1）首次采用锰金属离子和八钼氧酸盐通过水热法及煅烧过程合成了多孔球状MnMoO4氧化物。煅烧后的氧化物仍然保持着前躯体的形貌结构。制备出具有多孔球状结构，粒径尺寸均匀。随后通过改变表面活性剂的加入量，对表面活性剂在合成过程中起到的作用进行了讨论。将不同的样品用作负极材料进行电化学性能测试，对循环性能之间的差异结合形貌结构进行了分析。
　　（2）为了构筑多孔MnMoO4氧化物的结构多样性，结合有机配体对金属有机框架的影响和多金属氧酸盐多样化的结构，通过改变八钼酸盐和有机配体的含量探究了其对最终产物形貌结构的影响。不同的有机配体含量和八钼酸盐含量产生的多孔MnMoO4氧化物的维度不同，粒径尺寸不同，表面结构不同，使其电化学性能产生差异。
　　（3）通过水热法制备了一维的MnOOH多层结构纳米线。对多层结构的形成机制通过改变水热反应时间及不同的pH值条件所产生的形貌结构变化进行了探究，并作为负极材料进行电化学性能测试。结果表明制备的纳米线因其多层结构及较高的位错密度而拥有较高的比容量和优异的循环性能。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 锂离子电池研究背景

1.2 锂离子电池概述

1.3 锂离子电池负极材料的研究进展

1.4 锰基负极材料

1.5 其他类负极材料

1.6 锂离子电池负极材料合成方法

1.7 本论文的选题依据和研究内容

第2章 实验材料与测试设备

2.1 实验药品

2.2 实验仪器及设备

2.3 材料结构及性能表征

第3章 多孔球状MnMoO4氧化物的合成及电化学性能测试

3.1 引言

3.2 样品的制备过程

3.3 实验结果与讨论

3.4 电化学性能测试

3.5 本章小结

第4章 二维多孔片状MnMoO4氧化物形貌合成及电化学性能测试

4.1 引言

4.2 样品的制备过程

4.3 实验结果与讨论

4.4 电化学性能测试

4.5 本章小结

第5章 多孔八面体MnMoO4氧化物的合成及电化学性能测试

5.1 引言

5.2 样品的制备过程

5.3 实验结果与讨论

5.4 电化学性能测试

5.5 本章小结

第6章 MnOOH氧化物形貌合成及电化学性能测试

6.1 引言

6.2 样品的制备过程

6.3 实验结果与讨论

6.4 电化学性能测试

6.5 本章小结

第7章 结 论

致谢

参考文献

作者简介

攻读学位期间的研究成果