鋰離子電池CuO負極材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、近年來，相當多的電化學研究都集中在開發(fā)高性能鋰離子電池及其相關工作，用以應用便攜式電子設備、新能源汽車以及電站調(diào)峰存儲裝置等方面。然而，現(xiàn)在常用的碳基負極材料已經(jīng)不能很好滿足未來對鋰離子電池的要求。作為下一代鋰離子電池的負極最有希望備選之一，過渡金屬氧化物以其優(yōu)秀的電化學儲鋰性能備受關注。而作為典型代表的氧化銅由于其高的理論容量、廣泛的資源儲量、價格的適度性以及環(huán)境友好性等優(yōu)點脫穎而出。然而，氧化銅電極由于其低的導電性無疑將影響電荷在電

2、極中的傳輸，進而影響電化學儲鋰性能。另外氧化銅電極材料由于在充放電過程中將經(jīng)受比較大體積膨脹而造成明顯的結構破損粉化，繼而導致循環(huán)容量快速下降。
　　為克服以上提到的缺點，科研工作大量投入到提高氧化銅電極性能方面的嘗試。在本文中，對氧化銅電極采取多種制備方法制備氧化銅、氧化銅形貌結構控制、氧化銅復合材料電極制備等的多種辦法改善其電化學性能。為制造出相似類型的負極材料，特別是通過形貌控制電極材料電化學儲鋰性能等方面做出了指導。

3、>　　在使用固相法制備氧化銅粉末過程中，重點比較了兩種固相制備法得到的氧化銅粉末的儲鋰性能的區(qū)別。考察了溫度因素對煅燒法制備氧化銅成分的影響、反應物比例對研磨法制備氧化銅成分的影響。該方法可以快速制備大量氧化銅粉末，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
　　利用溶液沉淀法制備得到了葉狀氧化銅、麥片狀氧化銅、微米球狀氧化銅和豆狀氧化銅，形貌均一完整，分散良好。其中微米球直徑5.5~7.0μm之間，并且由長度1～2μm寬0.1～0.2μm氧化銅納米棒組成

4、。利用XPS表征手段驗證了首次電化學過程中不同極化電位下電極表面的成分變化，研究了氧化銅嵌鋰過程行為。通過對制備的四種氧化銅形貌與可逆容量之間的關系的比較，得出具有三維球形穩(wěn)定結構、次級單元多孔結構，將有利于材料在充放電過程中保持循環(huán)穩(wěn)定、較好的循環(huán)容量及倍率性能。微米球狀氧化銅在50次可逆循環(huán)之后其容量保持在429.0 mAh g-1并有較好的倍率性能。
　　在使用水熱合成法利用不同銅鹽作為原料、與尿素水熱反應得到空心球狀氧化銅

5、、花狀氧化銅、荊棘狀氧化銅和球形氧化銅電極材料。其中空心球狀氧化銅直徑4~10μm，由無數(shù)氧化銅納米棒組成。在制備過程中，重點研究了銅鹽中的陰離子對最終產(chǎn)物的微觀形貌結構的影響，另外也研究了混合陰離子對形貌的影響，反應溫度與反應物濃度對形貌的控制。通過使用XPS測試手段，研究了煅燒過程對儲鋰性能的影響。利用對材料形貌結構的表征、循環(huán)性能、倍率性能及EIS的測試、計算鋰離子擴散系數(shù)的方法，證實制備的空心球狀氧化銅具有最好的循環(huán)性能、循環(huán)壽

6、命和倍率性能，50次可逆循環(huán)之后其容量保持在574.6mAh g-1。
　　最后利用水熱制備法制備了氧化銅/石墨烯和氧化銅/碳納米管復合材料，用以改進氧化銅電極的電化學性能。在制備過程中發(fā)現(xiàn)，熱膨脹還原法制備的石墨烯片層較薄、團聚較少，適合作為復合材料的原料。經(jīng)過循環(huán)性能的比較，氧化銅/石墨烯復合材料電極，具有優(yōu)異的電化學性能。在經(jīng)過50次循環(huán)測試后，CuO/rGO的循環(huán)容量在648.5 mAh g-1，高于單純氧化銅電極的容量。