快速微波水热法合成碳酸锰石墨烯负极材料【字数：9716】
摘 要本实验采用三种不同药品制备出碳酸锰前驱体，利用微波水热法制备碳酸锰/石墨烯负极材料，之后将样品分别进行离心、干燥、研磨、拌浆涂膜等操作制作出极片，再将极片干燥10小时后进行切片、压片、装电池，最后测试电池性能。通过扫描电镜、XRD和蓝电测试，对样品的形貌、晶体结构和电池性能进行表征。对比这三种不同种类的原料制备出碳酸锰/石墨烯负极材料性能测试的结果，得出以氯化锰为原料制得电池的性能最优异。此方法还可普遍适用于纳米磁性粒子、银钒氧化物的制备，简便的操作、低廉的成本都使得其对于材料的发展有着巨大的前景。
目录
1.前言 1
1.1引言 1
1.2锂离子电池 1
1.2.1锂离子电池简介 1
1.2.2锂离子电池工作原理 1
1.2.3锂离子电池的种类 2
1.2.4锂离子电池的优点 4
1.2.5锂离子电池的缺点 4
1.2.6锂离子电池负极材料 4
1.3碳酸锰材料的研究 5
1.3.1碳酸锰储锂性能 5
1.4石墨烯的研究概论 6
1.4.1石墨烯的制备 6
1.4.2石墨烯的结构与性能 7
1.4.3石墨烯复合材料 8
1.5本课题研究的内容和意义 9
1.5.1研究的内容 9
1.5.2研究意义 9
2.实验部分 10
2.1实验药品及仪器 10
2.1.1实验药品 10
2.1.2实验分析仪器 10
2.2实验过程 11
2.2.1前驱体的制备 11
2.2.2材料的表征方法 11
2.2.3材料的电化学性能测试 11
3.结果与讨论 13
3.1 SEM结果分析 13
3.2 XRD分析 16
3.3电池性能测试 18
4.结论 25
参考文献 26
致谢 27
1.前言
1.1引言
自从进入21世纪以来，能源问题在人类的发展过程中所占的作 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
用大大提升。随着时代不断发展，社会的方方面面都逐渐步入现代化，这就导致能源的快速匮乏。目前人们已知的传统型能源，如：石油、天然气等都再难以维持人类目前的发展水平，为了满足人们的发展需要以及友好型环境的需要，发展效率高又比较环保的储能设备是目前科研界的热门课题。
锂离子电池，我们习惯上把它叫做二次电池，它的工作原理为锂离子不断通过正极又不断经过负极的循环运动，而且它现在也是最有效能的能量存储设备之一。锂离子电池如今充斥着我们生活的方方面面，无法想象如果没有它，我们的生活会是什么样子。第一个锂离子电池是1992年在索尼开发出来的，它利用锂离子在碳内的嵌入，然后被当作负极，用那些含锂的化合物作为正极，这种做法使得电池在充电和放电过程中只有金属锂[1]。
锂离子电池因其体积比能量和质量比能量很高，而且可以持续充放电并且没有污染，在信息技术膨胀式发展的今天有着相当大的市场前景。但同时锂离子电池也有其不足的地方，还需要研究人员大量的实验以及大量的改进技术才能让锂离子电池不断进步以满足越来越多的市场需求。
1.2锂离子电池
1.2.1锂离子电池简介
锂离子电池由正极活性材料和负极活性材料、隔膜、有机电解质、电池壳等组成。
正极的活性物质通常是锰、钴酸锂，纯锰酸锂和磷酸铁锂因为体积很大，性能比较差并且成本较高而退出市场。负极的活性材料是石墨或石墨结构的碳。隔膜是特殊形成的聚合物膜。
1.2.2锂离子电池工作原理
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在电池充电的时候，锂离子在电池的正极被产生出来，并且产出的锂离子经过电解质移动至负极。那些充当负极的碳具有层状结构，并且具备着部分微孔。放电过程也同样类似，当电池放电的时候，通常也就是电池在被我们使用的时候，那些已经嵌入负电极的碳层中的锂离子移动出来重新到正极。
下图展示的是工作原理：
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图11 锂离子电池的工作原理
1.2.3锂离子电池的种类
锂离子电池有着相当大的市场占用份额，我们的生活几乎离不开锂离子电池的使用，因此锂离子电池也被开发出各式各样的种类用以应付市场上的不同需求。现在市场上的锂离子电池可以用下面的分类方式进行：
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1.2.4锂离子电池优点
对比不同种类的传统储能材料，锂离子电池有着不可比拟的优点：
（1）有着比较高的电压，大多为3.6?V，对比镍氢、镍镉电池的电压仅仅只有1.2?V[2]。
（2）大容量，高能量，高储能密度，锂电池的核心价值在于在相同的输出功率下，锂离子电池不仅重量仅仅为镍氢电池的一半，而且体积也仅有后者的五分之四。
（3）生命周期：锂离子电池具有相当大的循环寿命，通常情况下是1000次，对比镍氢、镍镉电池通常是500次。
（4）放电率：锂离子电池的充电所需时间很短，充一到两个小时就可以充满。同时，锂离子电池泄漏是不可多得的。而锂离子电池有着比较低的自放电率，每个月的损失少于百分之十，比镍镉、镍氢电池要少很多。
（5）工作温度：锂离子电池对温度的要求较低，在常温至六十度中都可以正常使用。?
（6）锂离子电池无记忆效应：锂离子电池可以充放电不充分而不降低其容量[3]。?
1.2.5锂离子电池的缺点
尽管锂离子电池有着很多优点，但是它也不是没有缺点的，例如：
（1）锂离子电池的内部阻抗高。因为锂离子电池的电解质是有机物，有机物的导电率通常是比较低的，要低于镍镉电池，金属氢化物镍电池，所以这就导致了锂离子电池很高的内部阻抗率。
（2）工作电压变化较大。当我们把电池放电，放至剩余百分之八十时，我们会发现镍镉电池的电压仅仅出现了较小的变化，而反观锂离子电池，其电压出现了较大的变化。这是电池供电的严重缺陷。并且正是因为其较高的放电电压，让我们可以轻松测出剩余电量。
（3）电极材料的成本还是比较高的。
（4）锂离子电池需要在相当低湿度的条件下进行装配，其电池结构较为复杂多样，并且需要对电路进行保护。
目录
1.前言 1
1.1引言 1
1.2锂离子电池 1
1.2.1锂离子电池简介 1
1.2.2锂离子电池工作原理 1
1.2.3锂离子电池的种类 2
1.2.4锂离子电池的优点 4
1.2.5锂离子电池的缺点 4
1.2.6锂离子电池负极材料 4
1.3碳酸锰材料的研究 5
1.3.1碳酸锰储锂性能 5
1.4石墨烯的研究概论 6
1.4.1石墨烯的制备 6
1.4.2石墨烯的结构与性能 7
1.4.3石墨烯复合材料 8
1.5本课题研究的内容和意义 9
1.5.1研究的内容 9
1.5.2研究意义 9
2.实验部分 10
2.1实验药品及仪器 10
2.1.1实验药品 10
2.1.2实验分析仪器 10
2.2实验过程 11
2.2.1前驱体的制备 11
2.2.2材料的表征方法 11
2.2.3材料的电化学性能测试 11
3.结果与讨论 13
3.1 SEM结果分析 13
3.2 XRD分析 16
3.3电池性能测试 18
4.结论 25
参考文献 26
致谢 27
1.前言
1.1引言
自从进入21世纪以来，能源问题在人类的发展过程中所占的作 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
用大大提升。随着时代不断发展，社会的方方面面都逐渐步入现代化，这就导致能源的快速匮乏。目前人们已知的传统型能源，如：石油、天然气等都再难以维持人类目前的发展水平，为了满足人们的发展需要以及友好型环境的需要，发展效率高又比较环保的储能设备是目前科研界的热门课题。
锂离子电池，我们习惯上把它叫做二次电池，它的工作原理为锂离子不断通过正极又不断经过负极的循环运动，而且它现在也是最有效能的能量存储设备之一。锂离子电池如今充斥着我们生活的方方面面，无法想象如果没有它，我们的生活会是什么样子。第一个锂离子电池是1992年在索尼开发出来的，它利用锂离子在碳内的嵌入，然后被当作负极，用那些含锂的化合物作为正极，这种做法使得电池在充电和放电过程中只有金属锂[1]。
锂离子电池因其体积比能量和质量比能量很高，而且可以持续充放电并且没有污染，在信息技术膨胀式发展的今天有着相当大的市场前景。但同时锂离子电池也有其不足的地方，还需要研究人员大量的实验以及大量的改进技术才能让锂离子电池不断进步以满足越来越多的市场需求。
1.2锂离子电池
1.2.1锂离子电池简介
锂离子电池由正极活性材料和负极活性材料、隔膜、有机电解质、电池壳等组成。
正极的活性物质通常是锰、钴酸锂，纯锰酸锂和磷酸铁锂因为体积很大，性能比较差并且成本较高而退出市场。负极的活性材料是石墨或石墨结构的碳。隔膜是特殊形成的聚合物膜。
1.2.2锂离子电池工作原理
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在电池充电的时候，锂离子在电池的正极被产生出来，并且产出的锂离子经过电解质移动至负极。那些充当负极的碳具有层状结构，并且具备着部分微孔。放电过程也同样类似，当电池放电的时候，通常也就是电池在被我们使用的时候，那些已经嵌入负电极的碳层中的锂离子移动出来重新到正极。
下图展示的是工作原理：
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图11 锂离子电池的工作原理
1.2.3锂离子电池的种类
锂离子电池有着相当大的市场占用份额，我们的生活几乎离不开锂离子电池的使用，因此锂离子电池也被开发出各式各样的种类用以应付市场上的不同需求。现在市场上的锂离子电池可以用下面的分类方式进行：
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1.2.4锂离子电池优点
对比不同种类的传统储能材料，锂离子电池有着不可比拟的优点：
（1）有着比较高的电压，大多为3.6?V，对比镍氢、镍镉电池的电压仅仅只有1.2?V[2]。
（2）大容量，高能量，高储能密度，锂电池的核心价值在于在相同的输出功率下，锂离子电池不仅重量仅仅为镍氢电池的一半，而且体积也仅有后者的五分之四。
（3）生命周期：锂离子电池具有相当大的循环寿命，通常情况下是1000次，对比镍氢、镍镉电池通常是500次。
（4）放电率：锂离子电池的充电所需时间很短，充一到两个小时就可以充满。同时，锂离子电池泄漏是不可多得的。而锂离子电池有着比较低的自放电率，每个月的损失少于百分之十，比镍镉、镍氢电池要少很多。
（5）工作温度：锂离子电池对温度的要求较低，在常温至六十度中都可以正常使用。?
（6）锂离子电池无记忆效应：锂离子电池可以充放电不充分而不降低其容量[3]。?
1.2.5锂离子电池的缺点
尽管锂离子电池有着很多优点，但是它也不是没有缺点的，例如：
（1）锂离子电池的内部阻抗高。因为锂离子电池的电解质是有机物，有机物的导电率通常是比较低的，要低于镍镉电池，金属氢化物镍电池，所以这就导致了锂离子电池很高的内部阻抗率。
（2）工作电压变化较大。当我们把电池放电，放至剩余百分之八十时，我们会发现镍镉电池的电压仅仅出现了较小的变化，而反观锂离子电池，其电压出现了较大的变化。这是电池供电的严重缺陷。并且正是因为其较高的放电电压，让我们可以轻松测出剩余电量。
（3）电极材料的成本还是比较高的。
（4）锂离子电池需要在相当低湿度的条件下进行装配，其电池结构较为复杂多样，并且需要对电路进行保护。
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