金屬氧化物-碳一維結(jié)構(gòu)鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、近年來，由于便攜式電子設(shè)備如移動電話、筆記本電腦和數(shù)碼相機等電子與信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，以及混合電動汽車或純電動汽車的逐漸普及，人們對鋰離子電池能量密度，循環(huán)性能和可靠性等參數(shù)的要求越來越高。成功開發(fā)下一代鋰離子電池的關(guān)鍵無疑在于電極材料方面的突破。目前，電極材料的研究工作主要集中于兩個方面:一方面立足于設(shè)計具有更加巧妙合理結(jié)構(gòu)的電極材料來緩解在充放電過程中的體積膨脹以確保鋰離子電池具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，另一方面實現(xiàn)多種成分的復(fù)合以實現(xiàn)鋰

2、離子電池的容量的最大化。一維納米復(fù)合材料，由于其特殊的納米微觀結(jié)構(gòu)和形貌，電子的傳輸被有效限制在一個特定的維度上從而避免了電子在顆粒晶界處的傳輸阻力，可望更加有效地提高材料的可逆容量。此外，一維納米復(fù)合材料還具有較大的比表面積，因此鋰離子在軸向上嵌脫深度較小，其在大電流的充放電時表現(xiàn)出較小的極化程度、較高的可逆性等優(yōu)點。同時，多組分的復(fù)合彌補了單一成分的電極材料容量的不理想的缺點。
　　本論文在綜合國內(nèi)外金屬氧化物/碳納米復(fù)合材料

3、的制備和性能研究的基礎(chǔ)上，通過靜電紡絲法、溶劑熱法和直接氧化法成功地制備出了幾種一維納米結(jié)構(gòu)的新型金屬氧化物/碳負(fù)極材料，實驗采用多種測試手段對合成的電極材料進行結(jié)構(gòu)與物化性能表征，研究其在鋰離子電池中的應(yīng)用。具體的研究結(jié)果如下:
　　1.將硝酸鈷與PVP溶解到乙醇/水的混合溶劑中得到紡絲液，采用靜電紡絲結(jié)合法制備了PVP-Co(NO3)2復(fù)合納米纖維。將該前驅(qū)體納米纖維在氬氣氛圍下碳化90min，120min和150min得到不

4、同結(jié)構(gòu)的一維復(fù)合物碳納米纖維(CNF)/CoOx(0＜x＜1.33)，CoOx含有Co3+、Co2+和Co0三種價態(tài)。其中碳化90min后得到的復(fù)合中CoOx納米顆粒被包裹在碳纖維中，而經(jīng)過120min和150min碳化制備的復(fù)合納米纖維中的CoOx主要嵌在在CNF的表面。將其用作鋰離子電池負(fù)極材料，測試結(jié)果表明碳化120min得到的復(fù)合納米纖維的電化學(xué)性能最好，在100mA/g經(jīng)過50次循環(huán)之后比容量仍然有689.3mAh/g。

5、>　　2.首先通過水熱堿處理自然界中黃麻纖維得到纖維素纖維，經(jīng)過碳化纖維素轉(zhuǎn)變成內(nèi)部空心、表面粗糙的碳纖維。以碳纖維和吡咯單體作為還原劑，高錳酸鉀作為氧化劑，通過原位氧化還原反應(yīng)結(jié)合溶劑熱和高溫退火制備了碳纖維/MnO/C一維復(fù)合物，MnO/C分布在碳纖維的外壁上。MnO/C中的MnO被包裹在由聚吡咯碳化來的碳中，其大小在50-150nm范圍內(nèi)。將其作為鋰離子電池負(fù)極材料在100mA/g電流密度下循環(huán)50次之后具有410mAh/g的比容

6、量，同時也展現(xiàn)了一定的倍率性能。實驗方法簡單，可用于大量制各，具有潛在的應(yīng)用價值。
　　3.由于毛細(xì)作用和超聲效應(yīng)SnCl2填充到碳納米管(CNT)的孔道中，高溫退火處理前驅(qū)體CNT-SnCl2成功地制備SnO2裝載在CNT孔道內(nèi)的SnO2@CNT復(fù)合物。然后，利用SnO2@CNT的外壁與KMnO4的原位氧化還原反應(yīng)制備了SnO2@CNT@MnO三元一維納米復(fù)合物。由于具有徑向上的較短的鋰離子傳輸路徑和軸向上更有效的電子傳輸通道以