锰氧化物_三维碳复合电极材料的制备及其电化学性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文锰氧化物/三维碳复合电极材料的制备及其电化学性能研究硕士研究生：姜涵指导教师：魏彤教授学科、专业：化学工程与技术论文主审人：冯静副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文锰氧化物/三维碳复合电极材料的制备及其电化学性能研究硕士研究生：姜涵指导教师：魏彤教授学位级别：工学硕士学科、专业：化学工程与技术所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月8日论文答辩日期：2018年3月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADisserta

2、tionfortheDegreeofM.EngPreparationofmanganeseoxide/three-dimensionalcarboncompositeelectrodematerialsandtheirlithiumstoragepropertiesCandidate:JiangHanSupervisor:Prof.WeiTongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ChemicalEngineeringandTechnologyDateofSubmission:Jan.8,2

3、018DateofOralExamination:Mar.10,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）:日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人

4、完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：

5、年月日日期：年月日摘要随着新能源汽车以及电子器材的迅速发展，锂离子电池的需求日益增加。研究出更高性能的锂离子电池（LIBs）是我们急需完成的任务，电极材料一直是LIBs发展最重要的制约因素。因此，研究者们将拥有更高的理论比容量（700~900mAh·g-1）以及较好的功率和比能量的过渡金属氧化物（TMOs）作为新型LIBs最有潜力的负极材料。诸多的过渡金属氧化物中，锰氧化物的优点明显，包括理论比容量高（755mAh·g-1）、电压滞后小（≤0.8V）、电动势低（1.032V（vsLi/Li+））、密度高（5.43g·cm-3）、环境友好以及资源丰富等。但是，与许

6、多过渡金属氧化物的性质一样，锰氧化物同样具有相当明显的缺点，包括自身固有的电导率低以及在充放电过程中的体积膨胀巨大等。这些缺点会导致材料的倍率性能低以及材料的开裂与微观结构完整性的破坏。在其作为电极材料时，表现为循环性能不稳定。因此，本论文研究的内容就是通过三维碳材料的复合，一方面改善材料的导电性，另一方面通过碳材料的束缚作用，抑制充放电过程中的体积膨胀。具体的研究工作包括以下两个方面：石墨烯为原料用微波处理方法制备负载二氧化锰的氧化石墨烯，通过原位聚合在表面生长聚苯胺，最后通过热处理过程将二氧化锰还原为氧化锰，制备了石墨烯/氧化锰/碳（IGR/MnO/C）材料

7、。此方法制备的复合材料金属氧化物颗粒被碳层所包覆，不仅增加了材料的导电性，还维持了结构的稳定。随着热处理温度的升高，材料的导电性增加，但是金属氧化物颗粒增大，因此材料结构稳定性下降。在800°C下热处理的IGR/MnO/C材料在电流密度为100mA·g-1时，容量为1055mAh·g-1；当电流密度增加到2A·g-1时，容量仍保持547mAh·g-1。同时，在500mA·g-1的电流密度下充放电循环达到500次时，容量仍保持902mAh·g-1，保持率为112%，体现了良好的电化学性能。二氧化硅为模板，油酸锰为原材料通过高温热处理一步碳化还原方法合成锰氧化物/多

8、孔碳（SMOH/PC）复