微-納米尺度鋰離子電池電極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與儲鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種綠色環(huán)保能源已廣泛應(yīng)用于各種器件的電源，但是在鋰離子電池的發(fā)震過程中，提高鋰離子電池的比容量和循環(huán)壽命仍然是電極材料研究所面臨的主要課題。而負(fù)極材料是制約其整體性能的關(guān)鍵因素之一。過渡金屬氧化物具有約三倍于石墨負(fù)極(372mAh/g)的高容量而受到研究者的廣泛關(guān)注，但是高的首次不可逆容量損失和較差的循環(huán)穩(wěn)定性卻阻礙了它們的實(shí)用化進(jìn)程。研究表明，過渡金屬氧化物負(fù)極材料的性能很大程度上取決于其組成、形貌、顆粒的尺寸等因素。

2、與體相材料相比，微/納米結(jié)構(gòu)材料能顯著提高鋰離子電池電化學(xué)性能。本文綜述了鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展。針對氧化鈷、氧化錫等材料的循環(huán)性能差和首次庫倫效率低等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一系列結(jié)構(gòu)新穎的復(fù)合材料。本論文的具體研究內(nèi)容包括：
　　 1為解決過渡金屬氧化物作為負(fù)極材料時首次不可逆容量損失大和容量衰減快的問題，基于過渡金屬氧化物轉(zhuǎn)換反應(yīng)的脫嵌鋰機(jī)制，設(shè)計(jì)得到了以金屬鉆為核、空心CoO介孔球?yàn)闅さ募{米復(fù)合物。以硝酸鈷為原料，嵌段共聚物F

3、-127為模板劑，通過溶劑熱的方法制備出均勻單分散的單晶介孔Co3O4納米球。繼而在H2/Ar還原氣氛中進(jìn)行熱還原處理，首次報道了通過還原金屬氧化物的方法獲得成分和結(jié)構(gòu)可控的Co@CoO納米復(fù)合材料，為核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物的合成提供了一個新的思路。電化學(xué)測試表明該復(fù)合材料中的各部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都能有效的提高材料的電化學(xué)性能，金屬Co核不僅可提高材料的電導(dǎo)率，同時還具有一定的催化活性促使Li2O的進(jìn)一步分解，從了提高了脫/嵌鋰反應(yīng)的可逆性能和首次庫

4、侖效率。具有多孔結(jié)構(gòu)的CoO空心球有利于與電解液充分的接觸和使電解液擴(kuò)散到材料的顆粒內(nèi)部。恒電流充放電測試表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、高的比容量和庫倫效率。
　　 2針對錫基氧化物在脫嵌鋰過程中嚴(yán)重的體積效應(yīng)導(dǎo)致合金結(jié)構(gòu)被破壞，從而引發(fā)循環(huán)性能下降問題，通過使用獨(dú)特核殼結(jié)構(gòu)的錫基復(fù)合材料，充分發(fā)揮構(gòu)筑結(jié)構(gòu)單元優(yōu)異的性能和單元間的協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)良好循環(huán)性能是一個有效的途徑。本論文以可廣泛獲得的錫酸鹽以及葡萄耱作為前驅(qū)體，采用簡單的“一

5、鍋法”合成出單分?jǐn)?shù)性碳包覆介孔SnO2。通過調(diào)節(jié)葡萄糖與錫酸鹽的用量比，可以得到厚度不同的碳包覆層。在合成出介孔SnO2@C的基礎(chǔ)上將產(chǎn)物熱處理得到納米結(jié)構(gòu)錫碳復(fù)合物。電化學(xué)研究表明：含碳量10％的樣品容量保持的最好，30次循環(huán)后還有387mAh/g的比容量，進(jìn)一步熱處理后將SnO2部分還原，充放電循環(huán)40次后容量始終保持在400mAh/g以上。
　　 3本文采用自下而上的合成路徑成功制備出CoO@CNTs同軸納米棒復(fù)合材料。以