MnO_x基纳米电极材料的合成及其性能研究

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1、论文分类号：１学校代码：１０７０８学号：１５０２０４９ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＣＨＮ０Ｌ０ＧＹＩＴＩ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅＭｎＯｘ基纳米电极材料的合成及其性能研究王瑞谊指导教师姓名：曹丽云教授学科名称：材料学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：MnOx基纳米电极材料的合成及其性能研究学科门类：工学一级学科

2、：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：王瑞谊导师：曹丽云教授2018年5月SynthesisandPropertiesofMnOxBasedNanoelectrodeMaterialsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByRuiyiWangSupervisor

3、:Prof.LiyunCaoMay2018MnOx基纳米电极材料的合成及其性能研究摘要-1MnOx作为二次电池负极材料，由于其高的理论比容量（750+mAhg）,低的操作电压（<0.5V），自然资源丰富，无毒等特点受到了研究者们的广泛关注。但其在实际应用中也存在导电性差和体积膨胀大的缺点，因此目前对于MnOx基纳米电极材料的研究重点在于如何改善其导电性和体积膨胀而提高其电化学性能。本论文以改善提高MnOx性能为目的，采用共沉淀法，固相法，水热法，超声法等制备了纳米颗粒状和片状的MnOx以及MnOx/C

4、复合材料。同时研究了不同工艺因素对产物的物相，形貌以及电化学性能的影响。并揭示了其作为二次电池高效负极材料的储能机理，其主要结论如下：（1）采用低温共沉淀法成功制备出了颗粒状的Mn3O4，大小约100nm，具有较为优异的电化学性能，但受限于纯相物质较差的导电性，故引入SuperP作为性能改善剂。通过简单的一步固相法制备了分散的纳米颗粒状Mn3O4/SuperP的复合物，并成功地在Mn3O4与SuperP之间构建化学键以此来提高MnO到Mn3O4转化反应的可逆性。在MnO2与SuperP质量比为2:1，

5、热处理温度为500℃，热处理时间为5h时所制备的产物性能最优异，-1-1其在100mAg的电流密度下循环100圈后容量可达到1340mAhg。（2）采用两步水热法和热处理法制备碳包覆一氧化锰和氮掺杂还原氧化石墨烯的复合物，不仅可以提高氧化物基体的导电性，还可以有效地缓解充放电过程中的体积膨胀问题。探索出了在第一步水热温度为120℃，添加-11.2g尿素，半包状态时所制备的产物电化学性能最佳，其在500mAg的-1电流密度下循环120圈后可保持697.8mAhg的比容量，原因是特殊的半包结构增加了42%

6、的吸附容量贡献和48%的转化反应容量贡献。（3）采用超声法制备了片状的MnOx，在超声时间为6h，添加2gSDS时所制备的纳米片结构最完整，厚度最均一。但受限于片状结构的不稳定性，-1故引入GO来稳定其结构，其作为锂离子电池负极材料在100mAg的电流-1密度下循环70圈后可保持905.1mAhg的比容量；其作为钠离子电池负极-1-1材料，在1Ag的电流密度下仍可保持102mAhg的比容量。I关键词：锂离子电池，MnOx，导电性，体积膨胀，GO，SuperPIISynthesisandProperti

7、esofMnOxBasedNanoelectrodeMaterialsABSTRACTAsnegativeelectrodematerialforsecondarybatteries,MnOxhasreceivedextensiveattentionfromresearchersduetoitshightheoreticalspecificcapacity-1(750+mAhg),lowoperatingvoltage(<0.5V),abundantnaturalresourcesandnon-tox

8、icity.However,thepoorconductivityandlargevolumeexpansionalsolimitsitspracticalapplication.Therefore,thecurrentresearchfocusontheMnOx-basednano-electrodematerialsliesinhowtoimprovethelimitationsandimprovetheelectrochemicalperforma