幾種過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的制備與電化學(xué)性能.pdf

1、鋰離子電池在儲(chǔ)能方面的發(fā)展越來越受到關(guān)注，其相對(duì)于傳統(tǒng)電池（鉛蓄電池，鎳鎘電池等）具有比容量大，質(zhì)量輕，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著社會(huì)發(fā)展，對(duì)電池性能的要求也在不斷提高，鋰離子電池也在不斷的改進(jìn)。雖然目前主要使用石墨作為商業(yè)化鋰離子電池的負(fù)極材料，但是其比容量低，倍率性能差，使鋰離子電池的發(fā)展受到相應(yīng)的限制。過渡金屬氧化物由于其來源廣泛，價(jià)格低廉且比容量大等優(yōu)勢，在鋰離子電池方面的應(yīng)用引起了研究者的廣泛關(guān)注。但是由于過渡金屬氧化物在鋰離

2、子脫出和嵌入過程中體積變化較大，容易導(dǎo)致電極破裂，電極材料與集流體分離，使電池的使用壽命降低。因此本文通過對(duì)過渡金屬氧化物負(fù)極材料的形貌調(diào)控，與碳材料復(fù)合或者氮摻雜碳來改善鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.將合成的TiO2前驅(qū)體分別在氬氣和氨氣中煅燒得到組成不同的TiO2與碳(TiO2/C)和氮摻雜碳TiO2(N-TiO2/C)納米復(fù)合物。兩產(chǎn)物均為球形，直徑大約160 nm，且前者表面較光滑

3、，后者則由小的納米顆粒組成，表面較粗糙。通過電化學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)N-TiO2/C復(fù)合材料在電流密度為0.6 C時(shí)，經(jīng)過220次循環(huán)后，可逆比容量為277 mAh g-1，而TiO2/C復(fù)合材料的比容量只有228.9 mAh g-1，說明N-TiO2/C具有高的比容量。在不同電流密度下測試發(fā)現(xiàn)N-TiO2/C復(fù)合材料也具有較好的倍率性能，表明氮摻雜作用改善了TiO2電極材料的電化學(xué)性能。
　　2.通過無模板一步水熱法制備了中空@多孔的

4、TiO2微球，其殼層的厚度約為450 nm。中空@多孔TiO2微球的合成機(jī)理包括TiO2納米粒子的生成、聚集以及定向生長，HF刻蝕、奧斯瓦爾德熟化和轉(zhuǎn)化過程。經(jīng)過充放電測試發(fā)現(xiàn)，在電流密度為0.6 C時(shí)，經(jīng)過150次循環(huán)，可逆比容量約為170 mAh g-1;倍率測試則發(fā)現(xiàn)，在電流密度為24 C時(shí)可逆比容量為40.8 mAh g-1，體現(xiàn)了較好的倍率性能，可能由于中空@多孔的結(jié)構(gòu)提供了更多的儲(chǔ)鋰位點(diǎn)，同時(shí)促進(jìn)了電解液的擴(kuò)散和鋰離子的運(yùn)輸

5、。此TiO2負(fù)極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，將有可能成為理想的鋰離子電池負(fù)極材料。
　　3.在超聲條件下通過配位轉(zhuǎn)化的方式，由[Cu(NH3)4]2+與均苯三甲酸反應(yīng)合成Cu-MOF材料。將Cu-MOF在空氣中不同溫度下煅燒制備組成和形貌不同的電極材料，發(fā)現(xiàn)在250℃下煅燒后的產(chǎn)物是CuO/C復(fù)合材料，為中空多孔棒狀;而在300℃和350℃溫度下產(chǎn)物均為CuO，無碳存在，形貌不規(guī)整。通過充放電測試發(fā)現(xiàn)，在電流密度為100 mA g-