過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池是一種靠鋰離子在正負(fù)極間穿梭來工作的二次電池，是新興的潔凈能源。隨著化石能源的減少和其開發(fā)使用帶來的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，開發(fā)新的無污染的潔凈能源迫在眉睫。鋰離子電池因其環(huán)境友好，無記憶效應(yīng)，較高的能量密度和可循環(huán)充放電而受到越來越多的研究者的關(guān)注。且目前已有較普遍的應(yīng)用，然而還無法滿足高能量應(yīng)用的需求，如汽車動力電源。其原因之一是現(xiàn)在常用的商業(yè)負(fù)極材料炭材料的理論容量較低。因此研究開發(fā)較高容量的負(fù)極材料對于推廣鋰離子電池的應(yīng)用至

2、關(guān)重要。本研究主要在于研究過渡金屬氧化物和硫化物用作鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究。其主要內(nèi)容如下:
　　1.混相氧化鐵納米顆粒用作鋰離子電池負(fù)極材料
　　由α-Fe2O3及γ-Fe2O3混相而組成的氧化鐵復(fù)合納米材料(m-Fe2O3)是以鐵氰化鉀(K3[Fe(CN)6])為前驅(qū)體，用水熱及退火兩步反應(yīng)成功的制備而成的。實驗制備的m-Fe2O3的晶體結(jié)構(gòu)，比表面積及表面形貌分別由X射線衍射(XRD)，氮吸附分析和掃描電子

3、顯微鏡(SEM)測試表征。m-Fe2O3的電化學(xué)性能則用恒電流循環(huán)和循環(huán)伏安法(CV)測試。透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨TEM(HRTEM)，選定區(qū)電子衍射(SAED)和拉曼則用來表征m-Fe2O3材料循環(huán)后的結(jié)構(gòu)和組成。與α-Fe2O3相比較，m-Fe2O3具有更加優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性，在100 mA/g的恒流條件下循環(huán)50圈之后的容量為982 mAh/g，這主要是因為在電池循環(huán)過程混相中α-Fe2O3向γ-Fe2O3的轉(zhuǎn)化。這種m-

4、Fe2O3較α-Fe2O3性能優(yōu)越的現(xiàn)象將提供一個新的視角，即混合相對提高鋰離子電池的電化學(xué)性能的影響。
　　2.硫化鈷碳納米管納米復(fù)合物用作鋰離子電池負(fù)極材料
　　硫化鈷碳納米管納米復(fù)合物(CoS-CNTs)由簡單高效的溶劑熱法制得。X射線衍射儀(XRD)將用來表征材料的晶體結(jié)構(gòu)，掃描電子顯微鏡(SEM)被用來觀察所制備材料的表面形貌，同時透射電子顯微鏡(TEM)將用來觀察材料的粒徑和材料間的具體組織結(jié)構(gòu)。材料的電化學(xué)性能

5、將在藍(lán)電測試儀上進(jìn)行，其中恒電流充放電在電壓范圍為0.005～3 V和電流密度為100 mA/g的條件下測得，實驗數(shù)據(jù)表明材料在循環(huán)50圈后，還能保持780 mAh/g的比容量，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。同時材料在100mAg、200 mA/g、500 mA/g、1000 mA/g和100mA/g測試各10圈后表現(xiàn)出良好的倍率性。材料具備良好的電化學(xué)性能的原因主要是由于較小的粒徑和與碳納米管的協(xié)同作用。硫化鈷碳納米管納米復(fù)合物(Co

6、S-CNTs)的制備和優(yōu)良的性能為以后提高硫化鈷材料性能有很大的幫助。
　　3.溶膠凝膠法制備四氧化三鈷納米顆粒用作鋰離子電池負(fù)極材料
　　以組氨酸和氯化鈷為原料，用溶膠凝膠法制備了四氧化三鈷納米顆粒。其晶體結(jié)構(gòu)將用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行表征，其表面形貌可通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察到，電化學(xué)性能將在藍(lán)點測試儀上完成，測試的電流密度為300 mA/g。同時與由水熱法制得的四氧化三鉆進(jìn)行了對比，實驗結(jié)果表明用溶膠凝膠法