多孔納米氧化銅鋰離子電池負極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有輸出電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長和綠色無污染等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于各類便攜式電子設(shè)備，同時作為動力電池逐漸向電動汽車領(lǐng)域拓展，并在新能源儲存和轉(zhuǎn)換方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，目前商業(yè)化的鋰離子電池主要以石墨為負極，理論比容量低，將不能滿足飛速發(fā)展的高性能應(yīng)用需求。金屬氧化物因其比容量高、儲量豐富和綠色環(huán)保等優(yōu)點成為潛在的石墨替代型負極材料。但是，儲存鋰過程中較大的體積膨脹以及本征導(dǎo)電性差等問題，一直制約著金屬氧化物負

2、極材料的電化學(xué)性能。
　　多孔電極材料具有高比表面積和多孔隙結(jié)構(gòu)等特點，有利于Li+的擴散、電荷的傳輸和體積膨脹的釋放，將顯著提升金屬氧化物負極材料的電化學(xué)性能。本論文以典型的金屬氧化物CuO為研究對象，基于多孔電極材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，開發(fā)了幾種新的氫氧化物熱分解、碳酸鹽輔助水熱和復(fù)合碳酸鹽高溫?zé)岱纸饧夹g(shù)，設(shè)計和制備了不同多孔CuO納米材料，并結(jié)合氧化石墨烯、四氧化三鈷復(fù)合修飾，優(yōu)化CuO鋰離子電池負極材料的電化學(xué)性能。論文的主要研究

3、工作如下:
　　(1)基于氫氧化物的介穩(wěn)性，開發(fā)了一種以干燥介質(zhì)調(diào)控氫氧化銅自組裝，可控制備CuO多孔結(jié)構(gòu)和納米晶自組裝結(jié)構(gòu)的簡便方法，提升了CuO負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。以Cu(OH)2納米棒為前驅(qū)體，通過干燥介質(zhì)水和乙醇的干預(yù)調(diào)控并結(jié)合后續(xù)熱處理成功制備了多孔CuO納米片和納米晶自組裝CuO納米棒，作為鋰離子電池負極材料時都表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，多孔CuO納米片在67.4mAg-1電流密度下循環(huán)150次后，可逆比容量為576

4、mAh g-1。
　　(2)基于Cu2(OH)2CO3的化學(xué)活性，開發(fā)了一種簡便、靈活的碳酸鹽輔助水熱法，一步實現(xiàn)碳酸鹽納米顆粒的自堆積、熱分解以及奧氏熟化過程制備多孔CuO微球。以Cu2+與Na2CO3共沉淀合成的Cu2(OH)2CO3納米顆粒為前驅(qū)體，經(jīng)水熱處理合成了直徑為1.5～2.5μm的多孔CuO微球，采用控制溶液離子強度方法引入氧化石墨烯復(fù)合修飾，獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的CuO/GO復(fù)合結(jié)構(gòu):在電流密度0.5C下循環(huán)500

5、次后可逆比容量為500 mAh g-1，容量保持率達80.0％，循環(huán)1000次后比容量為420 mAh g-1，即使在高倍率4C下其比容量依然保持為354mAh g-1。
　　(3)針對不同金屬氧化物間的協(xié)同儲鋰效應(yīng)，開發(fā)了一種基于不同碳酸鹽協(xié)同自組裝效應(yīng)的復(fù)合碳酸鹽前驅(qū)體高溫?zé)岱纸夥?，成功制備了多孔CuO/Co3O4復(fù)合分級結(jié)構(gòu)，顯著提高了CuO負極的儲鋰比容量。以CuCl2·2H2O為銅源， Co(NO3)2·6H2O為鈷源，