過(guò)渡金屬氧化物-納米碳的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、過(guò)渡金屬氧化物有著高的理論比容量、無(wú)污染環(huán)境、低合成成本等優(yōu)點(diǎn)使之成為極具潛力的鋰離子電池負(fù)極材料。然而由于本身導(dǎo)電性較低，并且在充放電循環(huán)過(guò)程中自身會(huì)發(fā)生較大的體積形變，最終導(dǎo)致其可逆比容量、循環(huán)性能和倍率性能逐漸衰退，阻礙了其在鋰離子電池負(fù)極材料中的實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)過(guò)渡金屬氧化物與鋰離子的轉(zhuǎn)換反應(yīng)機(jī)理，本論文以Fe3O4為研究對(duì)象，提出納米化和復(fù)合化雙重改善措施，并把納米復(fù)合化雙重改性方法進(jìn)一步擴(kuò)展到TiO2嵌入型反應(yīng)機(jī)理電極。本文的

2、主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）采用碳納米管（MWCNTs）為導(dǎo)電基體，依靠苯甲醇的苯環(huán)和MWCNTs上的芳環(huán)之間的π-π共軛效應(yīng)，進(jìn)而在MWCNTs表面引入羥基基團(tuán)，游離在溶劑中的Fe3+離子通過(guò)與MWCNTs表面引入的羥基基團(tuán)之間的靜電作用，吸附在MWCNTs的表面，在溶劑熱條件下一步合成 Fe3O4/MWCNTs―核-殼‖復(fù)合材料。研究結(jié)果表明Fe3O4尺寸約為10 nm，纏繞式地生長(zhǎng)在MWCNTs表面。電極材料在充放電

3、速率為0.1 A g-1下循環(huán)100次之后所達(dá)到的可逆比容量為487 mAh g-1，循環(huán)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于Fe3O4電極。且在2 A g-1的大電流密度條件下，可逆比容量可達(dá)到389 mAh g-1。
　?。?）針對(duì)單一MWCNTs在電子、離子沿一維方向傳遞的局限和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的不足，對(duì)活性組分電化學(xué)性能的提高有一定的制約，結(jié)合石墨烯（Graphene）在二維結(jié)構(gòu)和MWCNTs一維結(jié)構(gòu)方面的雙重優(yōu)勢(shì)，以二者的復(fù)合物為導(dǎo)電基體，構(gòu)建

4、三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步改善Fe3O4納米粒子的電化學(xué)性能。在合成過(guò)程中，依然采用苯甲醇為溶劑，一步溶劑熱的合成方法。研究結(jié)果表明電極材料在0.1 Ag-1的電流密度下循環(huán)100次之后依然保持840 mAh·g-1可逆放電比容量。在2.0 A g-1條件下，放電比容量達(dá)到415 mAh g-1。
　?。?）結(jié)合TiO2自身作為鋰離子電池負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)和不足，以高比表面、高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性優(yōu)良的r-GO為導(dǎo)體基體，采用溶劑熱合成方法合成超