鉍基納米材料作為鋰離子電池負極材料的制備與性能研究.pdf

1、鉍基材料具有大的體積比容量(3765 mA hcm-3)和合適的電壓平臺，使其作為鋰離子電池的負極材料有很大的應用前景。不過與其他過渡金屬一樣，鉍在實際應用中仍存在一些缺陷。在鋰離子充放電過程中會發(fā)生體積膨脹(～215％)和結構變化，從而使電極材料粉化導致容量衰減和倍率性能惡化。目前最有效的方法是通過碳材料改性和納米結構設計，因為碳材料不僅可以極大的增強復合材料的導電性，而且可以有效緩解鉍基材料在電化學過程中的體積膨脹，進而防止鉍基電極

2、材料的破壞和團聚，提高其循環(huán)穩(wěn)定性。
　　本論文首先采用水熱法得到石墨烯氣凝膠包覆花狀次碳酸鉍(Bi2O2CO3)的電池負極材料。研究發(fā)現(xiàn)，三維花狀Bi2O2CO3均勻分散在石墨烯氣凝膠的孔結構和片層表面，極大地增加了材料的比表面積，增強了負極材料的電化學方面的性能。實驗表明，在200mAg-1的電流密度下經過570次循環(huán)，復合電極材料放電比容量依然可以達到800.3 mA h g-1，是Bi2O2CO3比容量的3倍。
　　

3、此外，研究了在不同的溫度處理石墨烯氣凝膠包覆Bi2O2CO3復合的結構和電化學性能。實驗發(fā)現(xiàn)通過控制溫度可以分別得到Bi2O3-Bi2O2CO3的石墨烯氣凝膠和Bi的石墨烯氣凝膠復合材料。通過結構測試和電化學測試發(fā)現(xiàn)，Bi2O3-Bi2O2CO3的石墨烯氣凝膠復合材料保持了復合材料原有的微觀結構，而且在200 mA g-1的電流密度下經過500次循環(huán)之后容量依然能達到765 mA h g-1。在Bi的石墨烯氣凝膠復合材料中，Bi納米顆粒

4、均勻分散在石墨烯氣凝膠的孔結構和片層表面。電化學測試表明，該材料在200 mA g-1的電流密度下經過700次循環(huán)之后容量依然能達到236 mA h g-1。
　　進一步采用多巴胺包覆花狀次碳酸鉍前驅體，得到氮摻雜碳包覆花狀Bi納米復合材料，并研究不同包覆時間和碳化處理對復合材料性能的影響。結構測試表明，該材料保持統(tǒng)一的花狀結構，而且Bi的納米顆粒均一的分散在碳層內部。電化學測試表明，多巴胺包覆48h的樣品性能最優(yōu)異，在200 m