納米結(jié)構(gòu)負(fù)極材料提高鋰離子電池性能的研究.pdf

1、作為一種綠色清潔儲(chǔ)能裝置，鋰離子電池具有較高的能量密度、可循環(huán)充放電且使用時(shí)間長(zhǎng)，無記憶效果，價(jià)格低廉且對(duì)環(huán)境沒有污染等優(yōu)點(diǎn)，因此一直以來都受到很大的關(guān)注。而隨著便攜智能設(shè)備，新能源汽車等在人們生活中所占比例的增加，人們對(duì)鋰離子電池的性能要求日益提高，但是，現(xiàn)如今已經(jīng)商業(yè)化的負(fù)極材料-碳材料由于其結(jié)構(gòu)上的缺陷導(dǎo)致它的理論容量比較低，并沒有辦法滿足人們對(duì)于鋰離子電池高容量的需求。所以，想要推廣鋰離子電池的應(yīng)用，研究和開發(fā)具有較高容量的負(fù)極

2、材料是必不可少并且至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在電化學(xué)的最新研究進(jìn)展中，納米材料的應(yīng)用使得鋰離子電池的電化學(xué)性能明顯提升，主要原因是納米材料所具有的獨(dú)特的形貌結(jié)構(gòu)，可以提供較大的比表面積和更多的活性位點(diǎn)，為鋰離子電池充放電過程中，鋰離子的嵌入和脫出提供更多的反應(yīng)空間和反應(yīng)位點(diǎn)。因此可利用納米材料制備技術(shù)開發(fā)出具有高儲(chǔ)鋰能力和高能量密度的高性能鋰離子電池。本文主要利用靜電紡絲技術(shù)和水熱合成方法成功合成出具有納米線，納米片，納米花狀結(jié)構(gòu)的納米材料作

3、為鋰離子電池負(fù)極材料，并且使用多種表征方法對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，例如:XPS，XRD，SEM，TEM等;同時(shí)在材料的應(yīng)用方面，對(duì)材料的電化學(xué)性能進(jìn)行表征，主要采用的是恒流充放電測(cè)試和電流阻抗測(cè)試。本文的具體研究工作如下:
　　1.單質(zhì)鈷嵌入的碳納米纖維作為鋰離子電池的負(fù)極材料
　　單質(zhì)鈷嵌入的納米碳纖維(PVP-CNF)是用醋酸鈷(Co(CH3COO)2·4H2O)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為原材料，利用靜

4、電紡絲的方法制備出具有纖維狀形貌的前驅(qū)體材料，再經(jīng)過不同溫度在氬氣環(huán)境下連續(xù)退火成功制備而成。分別用XRD，拉曼測(cè)試，SEM，TEM和選定區(qū)電子衍射(SAED)測(cè)試方法對(duì)反應(yīng)所得到的PVP-CNF材料的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行測(cè)試和分析，同時(shí)用恒電流循環(huán)和交流阻抗(EIS)測(cè)試PVP-CNF材料的電化學(xué)性能。與不具有納米線狀形貌的PVP-C材料作為負(fù)極材料進(jìn)行測(cè)試相比較，PVP-CNF材料明顯具有更高的可逆容量，更好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能

5、，在100 mA/g的電流密度條件下進(jìn)行恒流充放電循環(huán)了100圈以后，容量仍舊可以保持在766 mAh/g這么高，主要原因在于一方面，PVP-CNF材料的微觀結(jié)構(gòu)是納米線狀的，它具有較大的比表面積和更多的活性位點(diǎn)，在鋰離子電池的循環(huán)充放電的過程中便于鋰離子的嵌入和脫出;另一方面，單質(zhì)鉆的存在使其周圍碳材料的石墨化程度提高并在循環(huán)過程中彌補(bǔ)了碳材料電導(dǎo)率較低的缺點(diǎn)，提高了其電導(dǎo)率。
　　2.水熱方法制備具有納米花狀微觀形貌的硫化銅材

6、料
　　以固態(tài)單質(zhì)銅(Cu)和硫磺(S)作為反應(yīng)物，氟化銨(NH4F)作為催化劑，通過一步簡(jiǎn)單的水熱合成的方法成功制備出具有納米花狀形貌的硫化銅(CuS)材料，通過改變反應(yīng)物比例、增減反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)、升降反應(yīng)溫度以及調(diào)整添加劑的量等方法進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究反應(yīng)機(jī)理，最終成功合成具有最優(yōu)花狀結(jié)構(gòu)的CuS材料。對(duì)此制得的CuS材料進(jìn)行一系列的結(jié)構(gòu)性測(cè)試，如:XRD，SEM，XPS，TEM和選定區(qū)電子衍射(SAED)測(cè)試，通過分析測(cè)試結(jié)果