過渡金屬化合物鋰離子電池負極材料的制備及電化學性能研究.pdf

1、隨著常規(guī)能源的有限性以及環(huán)境問題的日益突出，以環(huán)保和可再生為特質的新能源的發(fā)展越來越受到各國的重視。以鋰離子電池為代表的電化學儲能最有希望解決新能源發(fā)電技術中的儲能問題。近年來，電動汽車市場發(fā)展迅猛，而擁有高能量及功率密度的鋰離子電池倍受青睞，成為新能源汽車儲能環(huán)節(jié)的首選技術。以上引起了鋰離子電池在全球范圍內的研究熱潮。鋰離子電池研究的關鍵在于電極材料，擁有理論容量高、成本低廉、環(huán)境友好、安全可靠等諸多優(yōu)點的過渡金屬化合物受到了研究者的

2、廣泛青睞。但過渡金屬化合物做鋰離子電池負極材料時也有一些缺陷需要克服，如導電性不好，嵌鋰脫鋰過程中材料容易發(fā)生體積變化，進而導致結構坍塌，嚴重降低鋰離子電池的電化學性能。解決這些問題的途徑主要有兩種，一種是改變材料的微觀形貌，另一種是與碳基材料復合。本文將結合這兩種途徑通過多種方法改善鐵基氧化物、錳基氧化物及二硫化鉬的電化學性能。主要內容如下：
　　通過使用“原位”固相還原法合成Fe3O4/FeO/Fe/C復合物。用葡萄糖做碳源，

3、和納米級Fe2O3粉末混合充當前軀體，并在不同溫度下反應。將反應產物用XRD、XPS、SEM、TG等成分及形貌測試方法進行測試分析，發(fā)現(xiàn)在700℃溫度下合成的材料成分為Fe3O4、FeO、少量Fe和無定形碳，其中各組分之間接觸緊密，碳均勻地包覆在顆粒周圍并形成了整個材料的基底，能夠在充放電過程中緩沖氧化物顆粒的體積變化。對這個Fe3O4/FeO/Fe/C復合物進行電化學測試后發(fā)現(xiàn)，其作為負極材料在0.1 A g-1電流下可逆容量達到14

4、00 mAh g-1，在1 A g-1電流下循環(huán)500圈仍保留900 mAh g-1的可逆容量，表現(xiàn)出了出色的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。其中，材料中少量的單質 Fe可顯著提高材料的導電性，對材料電化學性能的改善起到至關重要的作用。
　　再次運用“原位”固相還原法在錳基氧化物上使用，將MnO2和葡萄糖作為前軀體進行不同溫度下的熱處理。將樣品進行XRD、SEM等測試，對比分析反應溫度對材料成分及電化學性能的影響。用各組樣品制備鋰離子電池并

5、進行測試，發(fā)現(xiàn)在800℃下制備出的MnO/C復合物有非常優(yōu)異的電化學性能，該樣品在1 A g-1的大電流充放電下從第50圈到第500圈容量持續(xù)增加，在第500圈時得到845 mAh g-1的可逆容量，表現(xiàn)出了出色的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
　　將水熱法與CVD法相結合，在用CVD法生成的三維泡沫石墨烯（GF）上水熱沉積MoS2，制備出MoS2@GF復合材料。通過調整水熱反應時間控制MoS2的載量，發(fā)現(xiàn)在180℃下反應24 h可得到載

6、量為1:1的MoS2@GF樣品。此樣品可以直接作為Binder-free的電極材料進行電池的封裝，省去了粘結劑、導電劑等添加劑，簡化了電池制備過程。將MoS2@GF復合物作為鋰離子電池負極材料進行電化學測試后發(fā)現(xiàn)，在100 mA g-1充放電電流下樣品可以獲得接近900 mAh g-1的可逆容量，且在50圈以內幾乎沒有容量衰減，表現(xiàn)出了穩(wěn)定的循環(huán)性能和出色的倍率性能。通過對比分析可以看出，MoS2@GF復合物集合了MoS2與GF雙方的優(yōu)