T相五氧化二鈮鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)的迅猛發(fā)展對(duì)移動(dòng)電源的安全性能、充放電速度及循環(huán)壽命提出了更高的要求。開(kāi)發(fā)出具備高穩(wěn)定性和高功率密度的電極材料是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要因素。最近，T-Nb2O5以其高超的穩(wěn)定性和卓越的倍率性能引起了人們的高度關(guān)注。但是，低的電子導(dǎo)電率限制了其高速充放電性能的發(fā)揮。如何提升T-Nb2O5的電導(dǎo)率而不降低其高倍率性能和能量密度是進(jìn)一步提高其性能的關(guān)鍵。我們以T-Nb2O5為研究對(duì)象，制備出多種復(fù)合材料，通過(guò)提升材料的電導(dǎo)

2、率來(lái)改善其作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)的能量密度及倍率性能。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　(1)采用水熱法制備出T-Nb2O5/氮摻雜石墨烯（N-GO）復(fù)合材料。T-Nb2O5納米粒子在氮摻雜石墨烯片層上的均勻分布顯著提高了材料的電導(dǎo)率，并且阻止了納米粒子之間的團(tuán)聚。該復(fù)合材料的性能較T-Nb2O5或者T-Nb2O5/石墨烯相比有顯著的提升。在3Ag-1電流密度下，500次充放電循環(huán)后，其容量保持率高至94％，表現(xiàn)出極佳的循環(huán)穩(wěn)定性。然后，

3、我們進(jìn)一步探究了N-GO的含量（MN-GO:MNb2O5=1:1，1:2，2:1）對(duì)復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)質(zhì)量比為2:1時(shí)，復(fù)合材料的電化學(xué)性能最好。在15Ag-1電流密度下，循環(huán)500圈后，仍能釋放出85mAhg-1的容量。
　　(2)為進(jìn)一步提高T-Nb2O5基材料的能量密度，本文通過(guò)熱水浴法將T-Nb2O5納米粒子填充到擴(kuò)層的中間相碳微球石墨（MCMB）的片層中，并通過(guò)隨后的高溫煅燒處理，形成了具有三維層狀結(jié)構(gòu)

4、的T-Nb2O5/MCMB。填充的T-Nb2O5納米粒子能提高M(jìn)CMB的層間距，提高了鋰離子在石墨層間的嵌入脫出速度，改善了材料的倍率性能。其在90Ag-1的高電流密度下500次循環(huán)后，容量仍高達(dá)100mAhg-1。重要的是，T-Nb2O5會(huì)覆蓋擴(kuò)層MCMB表面大量的含氧官能團(tuán)，而且后續(xù)的燒結(jié)過(guò)程使EMCMB重新石墨化，所有這些都這會(huì)顯著降低材料的不可逆容量損失（8.7%）。此外，T-Nb2O5/MCMB較高的振實(shí)密度使其在3Ag-1的

5、電流密度下，仍具有較高的體積能量密度（200AhL-1）。
　　(3)為尋找一種更簡(jiǎn)單可行提高T-Nb2O5電導(dǎo)率的方法，我們通過(guò)電沉積制備出Ti@T-Nb2O5類(lèi)核殼結(jié)構(gòu)，可直接用作自支撐電極材料，無(wú)需粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，裝配工藝簡(jiǎn)單。幾nm的T-Nb2O5納米晶尺均勻的分布在鈦納米線(xiàn)陣列表面，表現(xiàn)出極佳的倍率性能。在6Ag-1的電流密度下時(shí)，其容量可達(dá)260mAhg-1，遠(yuǎn)高于T-Nb2O5/N-GO及T-Nb2O5/MCMB在同