幾種三元金屬氧化物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于其高的能量密度、長(zhǎng)的使用壽命及無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)受到了研究者的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，作為重要的能源儲(chǔ)能及供給裝置已經(jīng)大量應(yīng)用于智能電網(wǎng)、便攜式電子設(shè)備、混合/純電動(dòng)汽車及其他環(huán)保電子設(shè)備中。為了滿足日益增長(zhǎng)的需求，急需要開發(fā)具有低成本、高安全性及高能量密度的鋰離子電池，而這些性能與電極材料的選取密切相關(guān)。負(fù)極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，目前，商用石墨類材料由于低的能量密度及安全性差等問(wèn)題已經(jīng)不能滿足下一代鋰離子電池的需求。

2、三元金屬氧化物由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能、低成本及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)成為了一種非常有前景的電極材料。然而，在循環(huán)過(guò)程中巨大的體積變化導(dǎo)致的材料粉碎阻礙了它的進(jìn)一步發(fā)展。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用兩步法合成了由介孔單晶CoMn2O4納米片自主裝的分層空心微花。首先采用溶劑熱法合成了CoMn-醇酸鹽前驅(qū)體，其次將前驅(qū)體在空氣中500℃煅燒處理就得到了目標(biāo)產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，去離子水在分層空心微花結(jié)構(gòu)的形成中扮演著至關(guān)重要的角色，當(dāng)反應(yīng)體系中不加

3、去離子水時(shí)，形成的是納米片結(jié)構(gòu)，當(dāng)加入去離子水時(shí)，形成了分層空心微花。依據(jù)一系列的基于時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，我們探究了分層空心微花的可能形成機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：分層空心微花的形成是典型的自內(nèi)向外的奧斯特瓦爾德熟化過(guò)程。鑒于 CoMn2O4特殊的結(jié)構(gòu)，將其用于鋰離子電池負(fù)極材料，小電流密度100 mA g-1下，100次循環(huán)后，可逆容量高達(dá)915 mA h g-1,更重要的是在大電流密度1000 mA g-1下，初始放電容量高達(dá)1024 mA h

4、g-1，500次循環(huán)后，容量依然保持650 mA h g-1，對(duì)應(yīng)的庫(kù)倫效率為98.7％,表現(xiàn)出了出色的循環(huán)性能。⑵以Zn(CH3COO)2·2H2O和GeO2為原料，乙二胺為螯合劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，CTAB為表面活性劑，用一步水熱法合成了捆束狀的Zn2GeO4。使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等測(cè)試手段對(duì)樣品的物相組成、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征和分析，研究了乙二胺和CTAB的濃度對(duì)Zn2GeO4形貌的

5、影響。結(jié)果表明，乙二胺和CTAB的濃度對(duì)捆束狀Zn2GeO4的合成至關(guān)重要，當(dāng)乙二胺為0.16 mol，CTAB為0.109 g時(shí)，產(chǎn)物為Zn2GeO4納米棒自組裝的捆束狀分層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中間部分直徑約為2μm，長(zhǎng)度約為8μm。將捆束狀的Zn2GeO4用作負(fù)極材料時(shí)，在電流密度100mAg-1下，首次放電/充電容量1774/1107mA h g-1，60次循環(huán)后放電容量為776mA h g-1，庫(kù)倫效率高達(dá)99%，表現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)性能。

6、⑶以碳微球?yàn)槟０?，通過(guò)溶劑熱法及隨后的煅燒處理得到中空的NiCo2O4納米微球，通過(guò)X射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對(duì)樣品的組成及形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：制備的NiCo2O4中空微球具有高度的結(jié)晶性，粒徑為300nm,空心球壁厚為30nm，當(dāng)用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，在1000mAg-1電流密度下，首次放電容量達(dá)到了1360mAhg-1，循環(huán)250次后，容量高達(dá)585mAhg-1，庫(kù)倫效率為99%，表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)性能