三維有序大孔Cu集流體過渡族金屬氧化物負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、三維有序大孔（3DOM）材料具有孔徑大、孔壁薄、三維空間上高度有序、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)勢，同時(shí)由于其比表面積大及內(nèi)連接的孔道結(jié)構(gòu)是制備高穩(wěn)定性和高能量鋰離子電池的理想基體。過渡族金屬氧化物如Fe3O4（928mAh g-1），CuO（640mAh g-1）和SnO2（1494mAh g-1）等因?yàn)槠淙萘扛?，制備工藝簡便，資源豐富，無毒無污染等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)該于鋰離子電池負(fù)極材料中，但是其普遍存在的導(dǎo)電性差、體積膨脹率大等問題嚴(yán)重影響了鋰電池的循

2、環(huán)性能和倍率性能。
　　本文提出在集流體表面構(gòu)筑一種3DOM Cu結(jié)構(gòu)，并與過渡族金屬氧化物相復(fù)合，通過優(yōu)勢互補(bǔ)的方式，提高負(fù)極材料的綜合性能。即采用乳液聚合法制備粒徑均一的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球，再通過電泳法在Cu片表面制備出高度有序的膠晶模板，采用電沉積、去模板方法獲得3DOM Cu集流體。在此基礎(chǔ)上，通過電沉積法、浸泡氧化法等制備獲得3DOM Cu/Fe3O4、3DOM Cu/CuO、3DOM Cu/SnO2復(fù)合負(fù)

3、極材料，同時(shí)分析所制備材料的物相組成及形貌特征，并對比不同條件下材料的電化學(xué)性能。
　　在第三章中，通過在銅片上電泳PMMA微球，獲得高度有序的膠晶模板。再以膠體晶體為模板，采用電沉積的方式，使銅在PMMA微球縫隙間形核，成功在銅片表面制備獲得3DOM Cu結(jié)構(gòu)。通過大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電泳時(shí)添加劑的選擇，電沉積電流密度與時(shí)間以及膠晶模板的去除方式等，均會對制備獲得的3DOM Cu結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。其中，最佳條件為電泳時(shí)添加少量聚乙二醇

4、（PEG200），增加PMMA微球潤濕性，并采用電流密度6mA/cm2，時(shí)間5min的電沉積條件進(jìn)行沉積，再以丙酮浸泡溶解去除PMMA微球，可以獲得結(jié)構(gòu)完整的3DOM Cu表面。
　　在第四章中，以3DOM Cu集流體為基底，通過電沉積的方式，制備3DOM Cu/Fe3O4復(fù)合負(fù)極材料，并探討了有無3DOM Cu結(jié)構(gòu)的對Fe3O4負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3DOM Cu/Fe3O4復(fù)合負(fù)極材料展現(xiàn)出了極其優(yōu)異電化學(xué)性能，

5、首次放電容量高達(dá)2400 mAh g-1，在0.5A g-1電流密度下循環(huán)400次仍能保留700～800mAh g-1的容量不變，表現(xiàn)出了穩(wěn)定的循環(huán)性能。而且，在4A g-1的電流密度下仍能保持500～600mAh g-1的容量，表現(xiàn)出了極高的倍率性能，明顯優(yōu)于純Fe3O4負(fù)極材料。
　　在第五章中，以3DOM Cu集流體為基底，采用浸泡氧化法制備得到納米片狀的3D多孔Cu/CuO復(fù)合負(fù)極材料，但并未表現(xiàn)出電化學(xué)性能的提升，反而是