三維納米結(jié)構(gòu)電極的制備及作為鋰離子電池負極的應(yīng)用.pdf

1、鋰離子電池具有綠色無污染、功率密度大、循環(huán)壽命長等諸多優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電腦等產(chǎn)品中，其發(fā)展對工業(yè)、科技有重要的影響。近年來，動力型、功率型設(shè)備的大量應(yīng)用對鋰離子電池提出了更高的要求，從而推動了鋰離子電池向具有更高的能量密度與功率密度，更長的循環(huán)壽命和更寬廣的工作溫度范圍等方向發(fā)展。
　　三維納米結(jié)構(gòu)電極是近年來鋰離子電池領(lǐng)域研究的一個熱點，與傳統(tǒng)的電極相比，它有更好的體積膨脹包容性、更強的電子與離子轉(zhuǎn)移能力與更加穩(wěn)定

2、的機械結(jié)構(gòu)等，因此在充放電過程中會表現(xiàn)出高得多的循環(huán)穩(wěn)定性與倍率性能，被認為是下一代鋰離子電池的理想選擇之一。
　　本文從活性材料與集流體兩方面入手，設(shè)計并制造了多種三維納米結(jié)構(gòu)電極并應(yīng)用于鋰離子電池的負極:在活性材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，通過水熱法制備在Ti襯底原位合成制備得到了SnO2納米管陣列三維電極;在集流體結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面，提出了一種簡單的大規(guī)模制備Cu多孔的納米結(jié)構(gòu)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的方法，基于這種網(wǎng)絡(luò)，分別合成得到了Si多孔三維納

3、米結(jié)構(gòu)電極，Ge多孔三維納米結(jié)構(gòu)電極，Sn多孔三維納米結(jié)構(gòu)電極，SiGe多孔三維納米結(jié)構(gòu)電極。此外，通過引入一種Cu納米線陣列集流體，利用不同合成方法制備得到了Cu-Ge，Cu-Sn，Cu-Si1-xGex，Cu-Mn3O4四種核殼結(jié)構(gòu)納米線陣列三維電極。上述三維納米結(jié)構(gòu)電極均表現(xiàn)了較好的電化學(xué)性能。
　　本論文主要的創(chuàng)新點如下:
　　(1)以ZnO納米線陣列為模板，采用一種簡單的水熱法，制備得到了ZnO/SnO2復(fù)合物納米

4、線陣列，利用HCl去除ZnO模板后，首次成功地在金屬襯底片上原位合成了SnO2納米管陣列，其作為三維電極展現(xiàn)了很好的電化學(xué)性能。
　　(2)引入一種Cu納米線陣列集流體，通過射頻濺射、直流濺射、電化學(xué)沉積等方法，分別合成得到了Cu-Ge，Cu-Sn，Cu-Si1-xGex，Cu-Mn3O4四種核殼結(jié)構(gòu)納米線陣列三維電極，這些三維納米結(jié)構(gòu)電極均表現(xiàn)出了很好的循環(huán)穩(wěn)定性與大電流放電性能。
　　(3)首次提出引入Ge改善Si活性材

5、料電化學(xué)性能，并系統(tǒng)研究了Ge含量對Si負極材料電化學(xué)性能的影響。
　　(4)通過在Cu片襯底上堆積SiO2納米顆粒模板，然后在SiO2納米顆粒的空隙間電化學(xué)沉積Cu，最后將模板去除，得到了一種新型的內(nèi)部相通的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以作為通用的鋰離子電池集流體使用。
　　(5)基于Cu多孔三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，通過不同的合成方法制備得到了Si多孔三維納米結(jié)構(gòu)電極，Ge多孔三維納米結(jié)構(gòu)電極，Sn多孔三維納米結(jié)構(gòu)電極，SiGe多孔