過渡金屬氧化物-碳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、過渡金屬氧化物通過在特定條件下發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生較大的儲鋰容量或準電容容量，成為鋰離子電池或電化學(xué)電容器電極材料的重要選擇之一。但是純過渡金屬氧化物很難直接被用作電極材料得到廣泛應(yīng)用，主要有兩方面的原因。首先是因為過渡金屬氧化物較差的導(dǎo)電性造成整個電池體系內(nèi)阻的增大，另一方面是因為在電池充放電的過程中，鋰離子在電極材料內(nèi)不斷地嵌入和脫出，容易引起材料結(jié)構(gòu)的塌陷，導(dǎo)致較差的循環(huán)性能。
　　為了解決這些難題，將過渡金屬氧

2、化物進行摻雜和碳包覆是目前比較常用且有效的方法。通過碳包覆制備過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料不僅可以增強材料的導(dǎo)電性，并且可以緩沖由于材料在工作過程中體積形變帶來的材料塌陷，從而提高材料電化學(xué)性能。近年來，通過水熱法制備各種形貌的過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料的制備成為研究熱點。本論文的主要工作均圍繞通過水熱法制備出過渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料，運用SEM、XRD、TEM、XPS、TG、BET和EDX等現(xiàn)代技術(shù)對材料的結(jié)構(gòu)和物理特性進行了表征。所

3、得復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用時的電化學(xué)性能通過充放電測試、循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗譜進行了評價。研究內(nèi)容如下：
　?。?）通過簡單的水熱和熱處理方法成功制備了碳包覆的類球形Mn0.1V2O5@C復(fù)合材料，而這些類球形的結(jié)構(gòu)是由納米棒嵌入多孔碳材料結(jié)構(gòu)中進一步形成。材料中的多孔結(jié)構(gòu)有利于電解液的滲透從而形成3D離子導(dǎo)電網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而多孔碳材料則形成3D電子導(dǎo)電網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種特殊的形貌結(jié)構(gòu)使其具有良好的電化學(xué)性能。將所得復(fù)合材料于鋰離子電

4、池體系中進行測試，該材料在4.0-2.0V(vs.Li/Li+)的電壓范圍內(nèi)有較好的倍率性能，0.1C電流密度下，放電容量為265mAh g-1，當電流增大到20C時，放電容量仍有164mAh g-1，為0.1C電流密度下容量的62％。5C的電流密度下，經(jīng)過500次循環(huán)，放電容量仍維持初始容量的94%。研究結(jié)果表明，層間摻雜陽離子同時表面包覆碳材料的方法，可以顯著改善V2O5的電化學(xué)性能。
　?。?）通過水熱-熱處理法合成了MoO

5、2@C復(fù)合空心管材料，空心管管長約10μm，管壁厚約為1.3μm，內(nèi)管徑2μm，比表面積為7.12m2 g-1，孔徑分布在32.26nm左右。600℃處理得到的MoO2@C復(fù)合材料，在0.05C電流密度和0.02-3.00V電壓范圍條件下，首次放電容量達到1041mAh g-1，庫倫效率為66%，經(jīng)過45次循環(huán)后其放電容量達到443mAh g-1，容量保持率為第二次放電容量的65%。其在0.1C、0.5C、1C和2C倍率的首次放電容量分

6、別為442、341、245和137mAh g-1。與未包覆樣品相比，碳包覆可以改善MoO2材料的電化學(xué)性能。
　　（3）通過水熱-共混-熱處理方法制備了K+離子摻雜的MoO3(Kx)@C復(fù)合材料，其具有棒狀形貌，棒的長度為3-5μm，直徑為1μm。TG測試結(jié)果顯示，MoO3(Kx)@C復(fù)合材料中的碳含量約為10%。當x=0.1%時，MoO3(Kx)@C復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳，在1.5-4.0V的電壓范圍內(nèi)，0.05C電流密度下的