本技术公开了一种石墨烯和MnO颗粒复合的叠层结构(DG/MnO)复合材料作为锂离子电池负极材料的制备方法。本发明目的是既能改善氧化锰复合材料导电性又能在循环过程中提供稳定导电网络,进而提升电极材料的比容量和循环性能。本发明主要包括:一、Na掺杂二氧化锰(MnO<subgt;2</subgt;‑Na)的制备;二、三维致密石墨烯/氧化锰(DG/MnO)的制备;本发明具有合成工艺简单,产率高等特点,由于MnO颗粒能为锂离子迁移提供稳定的迁移通道,石墨烯片层能改善MnO颗粒的导电性,DG/MnO‑700电极在0.1Ag<supgt;‑1</supgt;时可逆容量达到1075mAh g<supgt;‑1</supgt;,在500次0.5Ag<supgt;‑1</supgt;的循环中具有101%的优异循环性能。
背景技术
便携式电子设备和电动汽车市场的迅速发展,引发了全世界科研工作者对储能设备的广泛关注。锂离子电池一直被认为是一种很有前途的电化学储能装置。过渡金属氧化物由于其优越的容量性能、安全性以及价格优势,经常作为锂离子电池的负极材料被广泛研究。在众多的过渡金属氧化物中,MnO 材料因其较高的理论比容量(756 mAh g-1
)、较低的滞后电压(<0.8 V)、较大的密度(5.43 g cm-3
)及环境友好等特点,被认为是一种具有潜力的锂离子电池负极材料。然而该材料也存在着导电性较差、充放电过程中体积膨胀严重以及倍率性能和循环稳定性较差等缺点。
为了解决上述问题,一种有效的策略就是构建一氧化锰和碳的复合材料,利用纳米碳材料作为导电网络并对体积膨胀进行缓冲。其中,碳包覆能在很大程度上改善 MnO电极材料的导电性和电极极化电阻,从而显著改善电极的倍率性能。但在充放电循环过程中,巨大的体积膨胀作用会导致活性物质中的碳包覆层产生破裂,因此碳包覆技术仍然不能满足实际生产应用中的循环稳定性要求。石墨烯作为一种被广泛研究的碳材料,不仅能够改善 MnO 的导电性,而且能在电化学循环过程中作为缓冲带,从而限制 MnO颗粒的体积膨胀。令人遗憾的是经过简单复合后暴露在石墨烯表面的 MnO 颗粒仍然会在充放电过程中发生碎裂和团聚现象,从而导致电极电化学性能的衰减。因此构建既能改善氧化锰复合材料导电性又能在循环过程中提供稳定导电网络的优越电极结构成为研究重点。
综上所述,本发明制备了一种石墨烯和 MnO 颗粒复合的叠层结构(DG/MnO)。MnO颗粒作为支撑分布在褶皱石墨烯片层中间,能够为锂离子迁移提供稳定丰富的迁移通道,石墨烯片层能够很大程度上改善 MnO颗粒的导电性,保证电荷的快速转移。这种紧密堆叠结构有利于改善电子/离子的传输动力学,并提升充放电过程中的结构和界面稳定性,使其获得了优异的电化学储能性能和循环稳定性,作为锂离子电池负极材料具有良好的应用前景。
实现思路