锂离子电池负极锰氧化物复合材料的制备及其电化学性能研究

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1、硕士学位论文锂离子电池负极锰氧化物复合材料的制备及其电化学性能研究作者姓名田小东学科专业应用化学指导教师吴松平副教授所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年4月PreparationandElectrochemicalPerformanceResearchofManganeseOxidesasAnodeMaterialsforLithium-ionBatteriesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TianXiaodongSupervisor：Prof.WuSongpin

2、gSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：学校代号10561学号：201520118392华南理工大学硕士学位论文锂离子电池负极锰氧化物复合材料的制备及其电化学性能研究作者姓名：田小东指导教师姓名、职称：吴松平副教授申请学位级别：工学硕士学位学科专业名称：应用化学研究方向：锰基纳米复合物作为锂离子电池负极材料论文提交日期：2018年4月26日论文答辩日期：2018年6月1日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：傅志勇委员：刘锦斌、吴松平、陈彩虹、柳松摘要

3、随着人们对清洁高效能源的需求，可充电锂离子电池因其能量密度高、无记忆效应和循环性能优异等特点，得到了广泛的应用。但对于许多领域，例如电动汽车和以航空和国防为目的储能设备，锂离子电池在高温下和低温下的可靠运行是主要要求之一。因此，本文针对现有的便携式锂离子电池难以满足在宽的操作温度窗口内工作的需要，通过球磨法和溶剂热法分别制备了少层数石墨烯包覆的非晶相MnOx（A-MnOx@FLG）和少层数石墨烯锚定的MnO（MnO@FLG），并将其应用于锂离子电池负极材料，研究了其在常温、高温和低温下的电化学性能和储锂机理。以价格低廉易得的石墨和KMnO4为原

4、料，采用简单的球磨法一步制备了A-MnOx@FLG。碳含量为44.9wt%的A-MnOx@FLG电极无论在常温下还是在高温下，-1都展现出了较佳的电化学性能。常温下A-MnOx@FLG电极材料在电流密度为0.2Ag-1o下经过了300次循环之后，能够维持高达1012mAhg的可逆比容量；在85C和1.0A-1-1g的大电流密度下运行75个循环后，能够有856mAhg的放电容量。如此优异的电化学性能归因于精心设计的三维结构、优选的电解液、Mn(IV)在充电过程中的出现和电容性效应对容量的贡献。在宽的操作温度窗口下良好的电化学性能使得A-MnOx@

5、FLG成为满足复杂工况应用的锂离子电池的负极材料。采用溶剂热法合成了少层数石墨烯锚定的纳米MnO复合物（MnO@FLG）。碳含量为19.3wt%的MnO@FLG电极在常温、低温以及高温下都展现了较高的比容量。常温-1-1o时，以0.2Ag的电流密度下运行130圈能维持1029mAhg的可逆容量；在高温85C-1-1o和0.2Ag的电流密度下循环50次，能达到1123mAhg的可逆容量；在低温-25C和-1-10.1Ag的电流密度下充放电320次后，放电容量高达450mAhg。此外，我们也对MnO@FLG复合材料在不同温度下的电化学行为进行了深入

6、的探究，发现在高温和低温下的储锂机理与常温相同。关键词：锂离子电池；锰氧化物；少层数石墨烯；高低温电性能；球墨法；溶剂热法IAbstractWiththedemandofcleanandhighefficientenergy,rechargeablelithium-ionbatteries(LIBs)havebeenwidelyusedduetotheirhighenergydensity,nomemoryeffects,andexcellentcycleperformances.However,formanyapplications,such

7、aselectricvehiclesaswellasdefensepurposesandaerospace,areliableoperationofLIBsatlowandhightemperaturesisoneofthemainrequirements.Therefore,inthispaper,few-layeredgrapnene(FLG)combinedwithamorphousMnOx(A-MnOx@FLG)andmonodispersenanometerMnOanchoredbyfew-layeredgraphene(MnO@FL

8、G)werepreparedbyballmillingandsolvothermalmethod,respectively,withachieving