基于微乳液法制備銅氧化物薄膜及其儲鋰性能研究.pdf

1、作為新型鋰離子電池負極材料,銅氧化物因其理論比容量高、安全性好、環(huán)境友好和價廉等優(yōu)點,近些年引起研究人員的廣泛關(guān)注。然而,在充放電過程中,銅氧化物電子電導率低、體積變化大,而導致其首次不可逆容量損失大、循環(huán)穩(wěn)定性差。有效地解決方法之一就是將材料直接生長在導電基底上。本文以CuO和Cu2O為研究對象,采用微乳液法直接在銅基底上成功地制備出多種形貌的銅氧化物(CuO、Cu2O)薄膜,分別將其直接作為鋰離子電池負極,在一定程度上克服了上述缺陷

2、,提高了儲鋰性能。具體內(nèi)容如下:
　　1、分別采用C TA B/水溶液/異辛烷/正丁醇微乳液體系和水溶液體系(其中水溶液是由 NaHCO3溶液和(NH4)2S2O8溶液組成),在銅基底上得到前驅(qū)物Cu2(OH)2CO3納米球薄膜和前驅(qū)物 Cu2(OH)2CO3納米棒薄膜,經(jīng)過熱處理得到多孔 CuO納米球薄膜和CuO納米棒薄膜。將上述兩種形貌的CuO薄膜直接作為鋰離子電池負極,測試其儲鋰性能。結(jié)果表明:與CuO納米棒薄膜相比,多孔

3、CuO納米球薄膜可以有效地遏制活性材料在充放電過程中所發(fā)生的體積膨脹,大大提高了活性材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;同時大的比表面積也可以讓更多的活性材料和電解液接觸,提高了可逆容量。在0.1 C電流密度下,多孔CuO納米球薄膜前兩次的放電比容量為1141.9和808.7 mAh g-1,相應(yīng)的不可逆比容量為333.2 mAh g-1,首次放電比容量損失僅為29.2％,經(jīng)過100次循環(huán)之后的可逆容量還有799.7 mAh g-1。在3 C大電流密度下

4、的放電比容量為120 mAh g-1。
　　2、采用C TA B/水溶液/異辛烷/正丁醇微乳液體系(其中水溶液是由NaOH溶液、NH3·H2O和(NH4)2S2O8溶液組成),在銅基底上一步制備出寬約100 nm、厚約十幾納米、長約3μm的CuO納米帶薄膜,無需后期熱處理。將CuO納米帶薄膜直接作為鋰離子電池負極,測試其儲鋰性能。在0.1 C電流密度下,前兩次的放電比容量為1262.5和808.6 mAh g-1,相應(yīng)的不可逆比容

5、量為453.9 mAh g-1,首次放電比容量損失為36%。在10 C大電流密度下,其放電比容量還能保持在375.7 mAh g-1。
　　3、采用NaAOT/水溶液/異辛烷/正丁醇微乳液體系(其中水溶液是由氨水和H2O2溶液組成),在銅基底上制備出齒輪狀Cu(OH)2薄膜,以其為前驅(qū)物,抗壞血酸為還原劑,通過簡單的液相還原反應(yīng)制得了多級結(jié)構(gòu)的Cu2O薄膜,并探討了抗壞血酸的濃度、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度和還原劑種類對Cu2O形貌的影響