過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物作為鋰離子電池負極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池是一種靠鋰離子在正負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，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用，然而還無法滿足高能量應用的需求，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)較高容量的負極材料對于推廣鋰離子電池的應用至

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極材料的電化學性能研究。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極材料
　　由α-Fe2O3及γ-Fe2O3混相而組成的氧化鐵復合納米材料(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性能的影響。
　　2.硫化鈷碳納米管納米復合物用作鋰離子電池負極材料
　　硫化鈷碳納米管納米復合物(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)。材料的電化學性能

5、將在藍電測試儀上進行，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，電化學性能將在藍點測試儀上完成，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行了對比，實驗結(jié)果表明用溶膠凝膠法