鋰二次電池用碳基復合納米電極材料制備與性能研究.pdf

1、隨著高能耗產業(yè)如電動交通工具等的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的鋰二次電池性能已不敷使用，亟需發(fā)展能量密度數倍于現有材料、綜合性能更優(yōu)的高性能電極材料。高性能鋰二次電池電極材料構筑的關鍵在于通過對儲鋰活性材料組成結構、功能性質等的調控來增強其結構熱力學穩(wěn)定性及反應動力學。針對這一關鍵科學問題，本文面向高容量鋰二次電池納米復合電極材料設計、構筑及應用研究展開，通過對納米復合電極材料表面性質、結構形貌、孔隙結構等的精細調控以實現高容量、長壽命納米復合電極材

2、料的創(chuàng)制，具體研究內容如下:
　　基于單氰胺分子在石墨烯表面的原位聚合反應，建立了具有高氮含量的氰胺聚合物功能化石墨烯制備新策略。在不損傷石墨烯導電性及結構完整性的前提下提高其表/界面反應活性，成功在其表面耦合超細Fe3O4納米顆粒，構筑了Fe3O4納米顆粒/富氮碳功能化石墨烯復合結構。該納米復合結構降低了鋰離子及電子的傳輸路徑，提高了電極的整體結構和界面穩(wěn)定性，展現出優(yōu)異的長期循環(huán)穩(wěn)定性及大電流充放電性能:在2-5Ag-1電流密

3、度下穩(wěn)定循環(huán)1000次后比容量為540-690mAhg-1,容量保持率80％以上;10Ag-1電流密度下比容量為443mA h g-1,仍高于傳統(tǒng)石墨負極材料的理論比容量(372mA hg-1)。
　　基于葡萄糖分子在石墨烯表面的原位聚合反應，成功構筑了具有高反應活性的水熱碳功能化石墨烯復合結構?；谑┍砻嫠疅崽紝e3+的吸附效應與納米限域效應，成功制備了微孔碳功能化石墨烯包覆Fe3O4量子點的二維復合結構。由于Fe3O4量

4、子點超短的離子擴散長度與高反應活性以及外層微孔碳的保護作用，二維復合結構的儲鋰性能明顯優(yōu)于上章構筑的Fe3O4納米顆粒/富氮碳功能化石墨烯復合結構，在10Ag-1大電流密度下循環(huán)1000次后比容量仍可保持420mA h g-1以上，容量保持率高達91.3％。
　　以具有納米二級結構的柔性自支撐活性碳布(ACF)為基底材料，通過溫和可控的水熱反應在其表面均勻沉積TiO2(B)納米薄片作為活性組分，成功構筑了具有優(yōu)異倍率性能及超長循環(huán)

5、壽命的TiO2(B)/ACF柔性整體式電極。此類整體式電極可直接應用為鋰離子電池電極，無需使用粘結劑、導電劑等其他助劑，亦無需使用較重的金屬集流體，在20C的超大倍率下循環(huán)2000次后，電極的比容量仍高達130mA h g-1,且多次折疊后電極性能基本不受影響。
　　以聚苯乙烯微球為結構模板，結合碳納米管的物理三維組裝策略，成功構筑了具有大孔-中孔多級孔結構的自支撐碳納米管薄膜電極并應用為鋰空氣電池正極。以金屬鋰為對負極構筑的鋰空