納米復(fù)合負(fù)極材料的合成研究.pdf

1、隨著電動汽車、電動工具和便攜式存儲設(shè)備等設(shè)備的不斷普及，對鋰離子電池的儲電容量、倍率性能和循環(huán)壽命提出了更高的需求，迫切需要開發(fā)低成本、環(huán)保的高性能鋰離子電池負(fù)極材料。經(jīng)碳包覆或碳負(fù)載處理后的過渡金屬氧化物由于具有3~4倍于傳統(tǒng)石墨電極的比容量、可加工性好以及儲量豐富等優(yōu)勢，被認(rèn)為是滿足未來鋰離子電池發(fā)展的新型負(fù)極材料。本論文利用生物質(zhì)資源具有的來源豐富、結(jié)構(gòu)特殊和具有生物活性等特點制備過渡金屬氧化物/碳并研究其在負(fù)極材料中的應(yīng)用。主要

2、研究內(nèi)容如下：
　　1.以天然棉花為模板,通過靜電自吸附作用和水熱法成功將納米Fe3O4顆粒負(fù)載在棉花纖維上，經(jīng)后續(xù)氮氣氣氛煅燒成功制得介孔Fe3O4/Fe/C復(fù)合材料。電化學(xué)測試表明，F(xiàn)e3O4/Fe/C負(fù)極材料的大倍率性能(≥1A g-1)及循環(huán)性能均優(yōu)于純Fe3O4和商用石墨電極。在1 A g-1的大電流條件下進(jìn)行充放電500次后的可逆容量可穩(wěn)定在472 mAh g-1，單次充電時間僅需28.3min。即使經(jīng)1 A g-1至

3、10 A g-1不同倍率充放電160次后的放電容量仍可穩(wěn)定在524.6 mAh g-1。
　　2.以天然竹葉為前驅(qū)體，經(jīng)700 oC氮氣煅燒制備了碳量子點負(fù)載的具有介孔結(jié)構(gòu)的多層生物二氧化硅-碳納米片，循環(huán)性能遠(yuǎn)超同條件下的商用石墨和其他人造碳電極材料。也以該竹葉為模板和成核劑成功負(fù)載了具有超晶格結(jié)構(gòu)的MnO納米顆粒。通過對復(fù)合材料的合成機理和煅燒條件的研究，確定了700oC反應(yīng)溫度對應(yīng)電化學(xué)性能最佳。該復(fù)合材料電極在0.1A g

4、?1的電流密度下經(jīng)100次循環(huán)后的放電容量為535 mAh g?1，0.2A g?1的電流密度下經(jīng)160次循環(huán)后的放電容量仍可達(dá)450.7 mAh g?1。實驗過程具有合成方法簡單，能有效發(fā)揮生物質(zhì)資源可再生、低成本和對環(huán)境友好等優(yōu)點。
　　3.以聚乙烯醇為碳源經(jīng)浸漬和碳熱還原法將單獨分散的一維中空MnO2納米棒包覆在部分石墨化的碳基體中，成功制得中空MnO/C復(fù)合材料。電化學(xué)測試表明，中空MnO/C復(fù)合材料在0.2 A g-1電