石墨烯-mnxoy的制备及其电化学性能研究

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1、万方数据中图分类号UDC博士学位论文学校代码密级石墨烯一MnxOy的制备及其电化学性能研究Studiesonthepreparationofgraphene—MnxOynanOcompOsitesandtheirelectrochemicalnDerlormanCe作者姓名：学科专业：学院(系、所)：指导教师：涂飞跃应用化学化学化工学院刘素琴教授论文答辩日期塑!生：!!：11答辩委员会主席中南大学2013年12月万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发

2、表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：拿衾x＆基日期：业年』月五日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：洛飞沐导师签名

3、妇羞}日期：丛[臣年』月卫日日期：迦!±年上月卫日万方数据博士学位论文摘要石墨烯．Mnxov的制备及其电化学性能研究摘要：锰氧化物作为锂离子电池材料具有比容量高，便宜环保等优势，但是锰氧化物的电导率低，在充放电过程中体积膨胀大，这些缺点限制了其应用。为了改善这些缺点，本文将石墨烯分别与Mn0：、Mn，O。以及MnO复合之后得到的复合材料作为锂离子电池的电极材料，并对其电化学性能进行研究，探讨石墨烯的加入对复合材料的形貌、结构及储锂机理的影响。分别采用水合肼超声法和乙二醇辅助水热法制备出层状石墨烯(N—RGO)和三维多孔(3D．RG0)还原石墨烯。通过扫描电镜和透射电镜等检测手段表征了它们

4、之间形貌的区别：通过X．射线衍射谱(X]∞)，拉曼谱(Raman)等检测手段表征了其晶体结构、无序化、缺陷以及杂化程度。研究发现与水合肼超声法比较，乙二醇辅助水热法能够提高石墨烯的还原程度，降低无序化，增加sp2杂化程度。进一步把通过两种方法制备出的石墨烯组装成锂离子电池电极，研究它们的电化学性能。研究发现：N．RG0作为锂离子电池负极材料时，首次充电比容量高达792InAhg’1(几乎是传统石墨负极材料的2倍，石墨负极材料理论容量372mAhg。)；而3D．RG0作为锂离子电容电池正极材料时，在100mAg。1的电流密度下首次放比电容量高达172mAhg～，循环3000次之后容量保持不

5、变。这种材料还显示非常好的倍率性能，在20AgJ电流密度下，比容量保持在85mAhg～。考察了石墨烯的加入对锂离子电池正极材料的电化学性能的影响。设计热还原法制备出石墨烯．MnO：纳米棒复合材料并研究其作为锂离子电池正极材料时的电化学性能，实验发现石墨烯的加入能够提高复合物的电化学性能，而煅烧温度会影响石墨烯的电导率，也会对Mn02的晶型有一定的改变，继而影响复合材料的电化学性能。XRD表明，水热法制备的Mn02为v．Mn02，与氧化石墨混合后在300oC下煅烧后丫一Mn02向p．MnO：晶相转变。考察对不同温度煅烧后得到的材料的电化学性能进行研究，发现在300oC下煅烧后得到的石墨烯．

6、Mn02(MG一300)的电化学性能最好。在0．1C(30．8lnAg‘1)倍率、2．3．5v的电压区间下，MG一300的首次放电比容量为24lmAhg～；循环100次之后容量保持在158mAhg～；在0．1C，0．2C，o．4C，1C和1．5C下的容量分别为155，132，110，78和68mAhg～。石墨烯的加入大大提高了Mn0：作为锂离子电池正极材料的电化学性能。万方数据博士学位论文摘要研究了石墨烯分别与Mn304和MnO复合得到的纳米复合物作为锂离子电池负极材料时的电化学性能以及石墨烯的加入对复合物性能的影响。(1)采用超声法制备出石墨烯．Mn304(G．Mn304)纳米复合材料

7、，作为锂离子电池负极材料，G．Mn304首次放电比容量达到1037mAhg～，首次充电比容量达到760nAhg一，50次循环后容量保持率为94％，远远优于纯Mn304的电化学性能。(2)通过原位还原法，以氧化石墨和Mn02纳米杆为前驱体在惰性气体保护下成功制备出石墨烯一MnO(G．Mn0)纳米复合物，通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征发现Mn0纳米杆能够均匀的复合在石墨烯的表面。G—Mn0作为锂离子电池负极材料，具有优秀