多孔過渡金屬氧化物、碳材料的設(shè)計合成及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、過渡金屬氧化物材料具有理論容量高、儲量豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點，是代替商業(yè)石墨類負(fù)極材料的新一代負(fù)極材料，但導(dǎo)電性差、首次充放電效率低和鋰離子嵌入和脫嵌過程中體積變化明顯等問題制約了其在現(xiàn)實中的應(yīng)用。天然碳材料儲量豐富、無污染等優(yōu)點，也被認(rèn)為是替代石墨的理想負(fù)極材料，但其導(dǎo)電性差，理論容量低等缺點同樣制約其實際應(yīng)用。本論文從提高電極材料的導(dǎo)電性和優(yōu)化結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用鹽焙法、配合物熱分解法、生物模板法、溶劑熱和天然產(chǎn)物功能化等方法制備了一系列納

2、米負(fù)極材料并研究其電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)通過新穎鹽焙法合成 Mn3O4@C、MoO3@C多孔納米復(fù)合材料。以氯化鈉作為保護(hù)層和硬模板，利用氯化鈉高的比熱容量和熱穩(wěn)定性的優(yōu)點，在空氣中直接熱分解乙酰丙酮錳，實現(xiàn)了Mn3O4@C多孔復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的制備。所制備的Mn3O4@C多孔納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在電流密度為1 A g-1下，循環(huán)950圈后，仍然具有754.4 mA h g-1的比容量。利用該

3、方法還實現(xiàn)了MoO3@C多孔納米復(fù)合材料的合成，該電極材料在4 A g-1的大電流密度下，循環(huán)500圈后，仍能保持411.1 mA h g-1的比容量；在10 A g-1的倍率下，仍然具有291.8 mA h g-1的比容量。
　　(2)通過生物模板法制備氧缺陷型α-Fe2O3-δ多孔納米結(jié)構(gòu)。針對α-Fe2O3自身導(dǎo)電性和循環(huán)性能較差的缺點，從改善α-Fe2O3自身結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計合成了氧缺陷型α-Fe2O3-δ。實驗中以天然椰子

4、殼為模板，通過物理吸附的方法將 Fe(OH)3膠體吸附至椰殼表面。進(jìn)而在空氣中煅燒分解上述復(fù)合物，利用原位碳熱反應(yīng)實現(xiàn)氧缺陷型α-Fe2O3-δ多孔納米結(jié)構(gòu)的合成。氧缺陷的引入有效提升了α-Fe2O3的導(dǎo)電性，使其電化學(xué)性能顯著增強，在1 A g-1的電流密度下，循環(huán)900圈，仍能保持1062.6 mA h g-1的比容量。
　　(3)針對尖晶石型 NiCo2O4充放電過程中容量衰減快等問題，從增加材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出發(fā)，設(shè)計合成了

5、具有花狀形貌的 NiCo2O4納米結(jié)構(gòu)。采用溶劑熱的方法，通過控制反應(yīng)時間，實現(xiàn)了花狀結(jié)構(gòu)Ni-Co前驅(qū)體的形貌控制性合成，熱分解得到多孔花狀NiCo2O4納米材料。制備的NiCo2O4在1 A g-1的電流密度下，循環(huán)330圈，仍然具有1128 mA h g-1的比容量。在5 A g-1的倍率下，仍然具有948.1 mA hg-1的比容量。
　　(4)通過熱分解十一烷胺錳金屬配合物制備片狀 Mn3O4@C多孔納米材料。以十一烷胺

6、作為配體，以 MnCl2·4H2O作為錳源制備了十一烷胺錳金屬配合物，通過熱分解得到片層Mn3O4@C多孔納米材料。所制備的Mn3O4@C表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在2 A g-1的電流密度下，循環(huán)2000圈后，仍然具有934.1 mA h g-1的比容量。
　　(5)通過天然產(chǎn)物功能化修飾制備N/S共摻雜的C多孔納米片。以天然楊絮為原料，通過硫脲輔助原位水熱碳化法，設(shè)計合成了具有多孔片狀結(jié)構(gòu)的N/S雙摻雜型C。該合成方法有效利用了