[01276589]模板法构建ZnMn2O4/石油沥青基多孔石墨烯复合材料及其锂电性能研究

当今社会能源与环保问题日益突出，《新材料产业“十二五”发展规划》里将环保储能材料列为重点攻关项目。

具有高能量密度的锂离子二次电池（LIBs）受到越来越多的关注。LIBs小的功率密度和慢的充放电速度限制了其进一步发展。

本课题以富含芳烃的石油炼化副产物-石油沥青为原料，通过模板法构建孔径可控的多孔石墨烯，再与锌、锰盐混合，经高温处理合成ZnMn2O4/石油沥青基多孔石墨烯复合材料（ZMO/PAPG）;

研究ZMO/PAPG各组元电化学储锂机理及碳/非碳界面之间的相互作用;解析复合材料中ZnO，MnO2与多孔石墨烯的含量、模板结构参数、热处理温度等对ZMO/PAPG结构及储锂性能的内在影响机制，在高电化学性能多孔石墨烯的结构控制方面取得了创新性研究成果：

（1）以石油沥青为原料，模板法合成了多孔石墨烯。探讨了模板的种类（如ZnO）、形貌、孔隙分布及用量，以及加热方式、缩聚温度等参数对石油沥青中芳香组分缩聚和定向转化的影响机制，确定了最佳的石油沥青基多孔石墨烯合成条件，阐明了模板法制备石油沥青基多孔石墨烯机理。

（2）借助溶剂萃取、酸处理、氧化处理等技术手段，对石油沥青进行物理切割或化学改性，研究了富芳烃组分转化为石墨烯的途径及机理，探讨了富芳烃分子结构与多孔石墨烯物理化学结构之间的内在关系。

（3）研究了加热方式、热处理温度等参数对金属氧化物与炭材料复合的作用机理，解析了ZnMn2O 4在多孔石墨烯基底中的分布形态，优化构筑了ZnMn2O4/石油沥青基多孔石墨烯（ZMO/PAPG）复合材料的最佳条件。

（4）构筑了ZMO/PAPG基锂离子二次电池（LIBs）负极并研究其电化学性能。考察了制备改性条件，复合材料物理化学结构与电化学性能之间的内在关系，探讨了石油沥青组成、含量及分布等对 ZMO/PAPG 电化学性能的影响。研究了不同孔径分布的复合材料的电化学性能，并考察复合材料的倍率性能。阐明了电化学性能优异的ZMO/PAPG 结构特点、合成方法及合成工艺参数。