静电纺丝法制备MnO/C复合纳米纤维及其储锂性能研究

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近年来,全球正面临着能源危机和环境危机的严重影响。越来越多的关注已经逐渐聚焦在高性能且环保的可再生能源材料。由于要求高的能量密度和长的循环寿命,对于即将到来的电动汽车(EVs)和混合动力电动汽车(HEVs)来说,锂离子电池已成为最具潜力的储能设备。然而目前传统的锂电池电极材料却远不能满足目前科技发展所需要的储能要求。考虑到现在日益增长的能量和功率密度的需求,具有可逆容量高,良好的速度能力,理想容量的电极材料成为可靠之选。随着电极材料不断研究发展,过渡金属氧化物材料被认为是能够取代传统石墨电极材料的最有前景的储锂材料之一。但此类材料由于氧化还原形成Li2O和金属团簇而引起严重的的体积膨胀和结构破坏,最终导致容量快速衰退。为了解决这些问题,通过对结构不足的分析,我们采用了电极材料的纳米结构制备、形貌控制及碳包覆等手段。从而电极材料的电化学性能在一定程度上得到了明显的改善。其中,在各种纳米结构中,比表面积高、轴向电导性优越的一维纳米材料越来越受到人们的关注。这类材料对于即将到来的高性能电池的发展研究上起到了重要推动作用。静电纺丝是其中一种简易、方便得制备一维纳米材料的重要手段。根据实验设计,我们通过采用静电纺丝与溶剂热相结合,制备出纳米纤维的前驱体。然后将前驱体经过一系列简单热处理后制备了具有一定结构的一维纳米过渡金属氧化物,在经过一系列表征和测试后,最终获得储锂性能优异的电极材料。作为过渡金属氧化物储锂材料的一种,一氧化锰(MnO)由于具有高的理论容量(755mAh/g)、低成本、环境友好和电压滞后低而引起人们的广泛关注。我们溶剂热制备出单分散纳米颗粒,随后将纳米颗粒封装到纳米纤维的前驱体中,最后通过空气稳定和高温碳化制备出碳包覆单分散MnO颗粒的多孔纳米纤维。这种纳米纤维的内部是约15nm大小的MnO晶粒,周围为纳米级厚的碳层和孔隙。通过此方法得到的碳包覆MnO多孔纳米纤维表现出了优异的储锂性能。纳米级别的MnO,通过碳包覆封装在一维纳米纤维之中,由此制备的电极材料在电导率、体积结构稳定性、电化学性能方面得到了很大的提升和改善。
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