氧化銅自支撐3D微納米電極的構筑與儲鋰性能研究.pdf

1、氧化銅(CuO)作為一種重要的過渡金屬氧化物,表現(xiàn)出很高的可逆容量,是一種很有前景的應用于電動車、混合電動車領域的鋰離子電池陽極材料。為了滿足電動車用鋰離子電池對功率密度和能量密度的需求,毫無疑問,必須大力改進CuO的高倍率能力與循環(huán)性能?；贑uO的電子導電性、結構穩(wěn)定性和鋰離子在電極材料中的擴散長度的考慮,本論文設計出四種由直接生長在導電基底(Cu、Ni和不銹鋼)上的微納米結構及負載在微納米結構上的活性材料組成的自支撐三維(thre

2、e dimension,3D)微納米電極(3DMNEs)。
　　采用氨蒸發(fā)相腐蝕路線,制備了一種直接生長在紫銅帶基底上的CuO介孔納米片團簇陣列(CuO MNCAs)電極?？刂瓢彼臐舛群桶闭舭l(fā)腐蝕的時間,可以制備出不同厚度的CuO MNCAs。CuO MNCAs具有很高的比表面積(35.82 m2 g-1),直接用作鋰離子電池陽極,表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。厚約0.8μm的CuO MNCAs在10C倍率下的放電容量高達548.8 m

3、Ah g-1,為CuO理論容量的81.3％,隨著 CuO MNCAs厚度的增加,CuO與紫銅帶基底的粘結力變差,倍率性能逐漸降低。
　　采用氨蒸發(fā)相腐蝕路線,構造出一種直接生長在商用銅箔基底上的CuO分等級介孔納米片自組裝齒輪狀圓柱陣列(CuO HMNGPAs)電極。改變氨蒸發(fā)相腐蝕的溫度、濃度和時間,CuO HMNGPAs可以轉化成微米塊和納米片結構。CuO HMNGPAs具有很高的比表面積(30.47 m2 g-1),大量的孔

4、徑為3-10 nm的介孔結構。直接用作鋰離子電池陽極,微米塊體結構和納米片結構CuO的可逆容量迅速衰減,CuO HMNGPAs在0.5C充放電循環(huán)100次后的放電容量達651.6 mAh g-1,10C倍率下放電容量達561.6 mAh g-1,為CuO理論容量的83.3%。
　　采用陽極極化路線,設計出一種直接生長在紫銅帶基底上的具有高倍率儲鋰性能的CuO松針狀陣列電極?？刂茖嶒灄l件,松針狀陣列CuO可以轉化成納米針陣列和分散型

5、松針結構 CuO。直接用作鋰離子電池陽極,松針狀陣列、納米針陣列和分散型松針結構 CuO都表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鋰性能。其倍率儲鋰性能關系為:松針狀陣列 CuO>納米針陣列 CuO>分散型松針結構 CuO。在10C、15C和20C倍率下充放電時,松針狀陣列CuO的放電容量為577.1、545.9和492.2 mAh g-1,其中10C倍率容量為理論容量85.6%。2C循環(huán)100次后,松針狀陣列CuO的容量保持為583.1 mAh g-1。

6、>　　基于微納米結構的優(yōu)勢和過渡金屬氧化物的儲鋰特性,設計了一種高倍率儲鋰性能的3D多孔微納米結構金屬/金屬氧化物電極。采用氫氣泡動態(tài)模板路線,在不銹鋼基底上直接構造出3D多孔微納米結構交聯(lián)狀(PMNI)Cu/Cu2O電極。用作鋰離子電池陽極,在10C、15C和20C倍率充放電下,3D PMNI Cu/Cu2O的可逆容量分別為327.4、321.3和312.8 mAh g-1,10C、15C和20C倍率下可逆容量分別為Cu2O理論容量(

7、375.0 mAh g-1)的87.3%、85.7%和83.4%。采用氨誘導路線,在3D泡沫鎳基底上生長出3D泡沫鎳基納米多孔NiO。在10C倍率充放電下,3D泡沫鎳基納米多孔NiO的可逆容量達280 mAh g-1。
　　這類3DMNEs由納米片與介孔組合,納米針自組裝、納米顆粒與多孔結構組合而成,綜合了微米、納米結構的優(yōu)勢,展現(xiàn)出依次增強的、超高的倍率循環(huán)性能。其原因是:第一,3DMNEs中的CuO微納米結構直接與Cu基底相連