NML研究文章｜锂电负极材料：三维MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料

1  通过简单的方法制备金属-油酸络合物衍生的双金属氧化物纳米颗粒，并封装在三维石墨烯网络中。

2  独特的多孔结构促进了电荷转移，从而提高了锂离子电池的可逆容量。

3 0D纳米颗粒与3D石墨烯网络之间的协同效应在提高锂电的电化学性能中起着重要作用。

锂离子电池因其体积小，循环寿命长，比容量大，安全性好等优点广泛应用于各种领域。

与传统的锂离子电池负极材料石墨相比，过渡金属氧化物可以提供更高的理论比容量。然而，由于过渡金属氧化物在充放电过程中体积膨胀引起的结构变化，阻碍了其作为锂离子电池负极材料的实际应用。

双金属氧化物由于两种金属在锂离子嵌入/脱嵌过程中的互补作用，可以有效提高负极的导电性从而改善锂离子电池的电化学性能。除此以外，三维石墨烯网络不仅可以促进锂离子和电子的传输，还可以缓冲负极较大的体积变化，实现良好的循环稳定性能。

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苏州大学顾宏伟教授和广东工业大学耿洪波副教授利用简便的方法制备出MnO/CoMn₂O₄⊂GN复合材料。其中双金属氧化物纳米颗粒由石墨烯片组成的三维导电网络均匀包裹。

MnO/CoMn₂O₄⊂GN复合材料作为锂离子电池负极材料具有结构和组成的优势，包括改善导电性，减少锂离子的扩散长度，减小体积变化，以及增加电化学反应活性位点的数量。

最终其表现出优异的电化学性能，例如稳定的循环性能（在0.1 A/g电流密度下循环150次具有921 mAh/g的高放电比容量）和良好的倍率性能（在5 A/g电流密度时保持515 mAh/g的放电比容量）。

MnO/CoMn₂O₄⊂GN复合材料的制备

通过简单的离子交换反应得到金属-油酸络合物，分解后得到双金属氧化物纳米材料，与石墨烯一起水热自组装制备出MnO/CoMn₂O₄⊂GN复合材料。

图1 MnO/CoMn₂O₄⊂GN复合材料合成方法示意图。

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MnO/CoMn₂O₄⊂GN复合材料的储锂性能

在EIS曲线中，MnO/CoMn₂O₄⊂GN电极材料在高频下具有较小的凹陷半圆直径，说明在充电和放电过程中MnO/CoMn₂O₄⊂GN复合材料的电荷转移阻抗较小，具有改善的电极反应动力学和更好的循环性能。

图4 纯相CoMn₂O₄和MnO/CoMn₂O₄⊂GN复合材料的电化学阻抗谱图。