基于水溶性煤沥青的MnO@C复合材料的制备及储锂性能研究

作者：刘渤; 周卫民; 陈燕; 王坤; 张殿浩; 张文武; 孟祥安; 王士戈; 安百钢; 徐桂英

来源：表面技术, 2022, 1-13.

• 一氧化锰
• 水溶性煤沥青
• Mn-O-C键
• 界面阻抗
• 锂离子电池
• 负极

目的 通过在MnO的表面包覆煤沥青基碳材料实现Mn-O-C键的构筑，降低MnO与表面碳层之间的界面阻抗，建立稳定快速的导电网络，从而制备出具有高容量、良好的倍率性能和循环稳定性的MnO@C复合电极材料。方法 使用水溶性煤沥青及KMnO_(4)为原料，通过水热法制备出Mn_(3)O_(4)@C前驱体。然后经过高温碳热还原制备MnO@C复合电极材料。通过SEM、XPS、XRD和Raman等分析技术对MnO@C复合材料的形貌、表面、结构等进行表征。并使用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗等电化学分析技术对其电化学性能进行了评价。结果 TEM和SEM结果表明，制备的水溶性煤沥青表面丰富的含氧官能团与MnSO_(4)溶液中的Mn~(2+)之间有较强的相互作用，提供成核位点，进而促进了后续MnO@C材料中纳米颗粒的形成和均匀生长。这些纳米粒子的形成又起到了提升MnO@C电化学性能的作用。XRD、Raman和XPS结果表明，Mn_(3)O_(4)@C前驱体经过高温碳热还原反应生成MnO@C后，在MnO的表面和包覆的碳材料之间生成了大量的Mn-O-C键。电化学结果表明，MnO@C电极在0.1A/g电流密度下循环100圈后具有606.47 mAh/g较高的储锂容量，即使是在0.5A/g大电流密度下循环400圈后仍具有293.83 mAh/g的储锂容量。同时，电化学测试也表明MnO@C复合材料有着非常好的倍率性能。结论 使用鞍钢产的煤沥青根据混酸法制备了水溶性煤沥青。通过使用水溶性煤沥青和KMnO_(4)成功地制备了Mn_(3)O_(4)@C前驱体。以Mn_(3)O_(4)@C前驱为原料通过高温碳热还原法制备了MnO@C 复合材料。电化学实验表明在MnO表面包覆碳层不仅提供活性位点而且起到限制在充放电过程中MnO的体积膨胀。特别值得注意的是，Mn-O-C键构筑了MnO和碳层之间的快速导电通道，提升了电极反应动力学。考虑到煤沥青是大宗工业产品，因此在制备电极材料领域，MnO@C复合材料显示着巨大的成本优势。

• 单位
  自动化学院; 辽宁科技大学