硫化銅及釩基化合物的溶劑熱合成及鋰離子電池性能研究.pdf

1、二十一世紀曰益嚴重的能源、環(huán)境危機使人們對于能源的生產(chǎn)和轉換提出了更高的需求。納米材料由于其高選擇性和高效性，成為能源生產(chǎn)和轉換材料的首選.如選擇納米材料作為鋰離子電池的電極材料，已然成為一個極受關注的研究課題。本文旨在利用溶劑熱合成的納米材料具有結晶性好、純度高、顆粒團聚少等優(yōu)點，控制合成不同形貌的過渡金屬氧化物、硫化物，如三維的納米/微米復合結構，二維類似與石墨烯結構的超薄納米片；討論了溫度、時間等對產(chǎn)物形貌、組成的影響；根據(jù)材料本

2、身的特征，研究其在鋰離子電池中的電化學行為；并初步討論不同的形貌結構對材料性能的影響。本論文的主要內容可歸納如下：
　　 1.利用簡單的乙醇一水體系，未添加任何表面活性劑，混合溶劑熱條件下得到了由厚10nm的片交叉生長成的直徑約為200-300nm的CuS納米微球。通過發(fā)光性能的研究，發(fā)現(xiàn)量子效應作用導致光致發(fā)光及紫外可見吸收光譜的峰位置普遍發(fā)生藍移。同時對硫化銅CuS納米微球進行了鋰電性能的測試，發(fā)現(xiàn)其存在兩個穩(wěn)定的放電平臺。

3、首次對其進行了水相鋰電性能的測試，發(fā)現(xiàn)它存在一個放電平臺處于水溶液的電化學穩(wěn)定窗口內，是一種潛在的水溶液鋰離子電池的負極材料。
　　 2.用簡單的低溫溶劑熱法合成了由大小400nm的納米立方塊組成的乙二醇釩微米球。在乙二醇溶液中，研究了溫度對于其價態(tài)和形貌的影響,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，經(jīng)歷了由四價的球狀乙二醇釩向五價片花狀(NH4)2V6O16的轉變。首次研究了乙二醇釩的電化學性能，發(fā)現(xiàn)在60mA/g電流密度下，其首次放電容量可達

4、1826mAh/g，即使在200次循環(huán)之后，容量仍可以保持在477mAh/g，表現(xiàn)出較高的放電容量和優(yōu)良的循環(huán)性能，使之有望應用于鋰離子電池。并通過“自上而下”熱轉化法得到不同形貌的V2O3微納結構也是一種潛在的鋰離子電極材料。
　　 3.以乙醇作為溶劑，不需要任何模板和表面活性劑，利用前驅物熱分解的方法控制合成得類似石墨烯厚度的超薄V2O3納米片。通過測試其電阻和溫度的相互關系，發(fā)現(xiàn)原本在0-300K存在一級相變的V2O3并沒

5、有出現(xiàn)，這種V2O3極薄的納米片具有良好的導電性，可能是一種很好的柔性電極材料。通過調節(jié)反應的溫度、時間，控制合成由厚度不同的納米片組成的大小和致密程度皆不同的三維片花球狀的前驅物。分別在氬氣和含10％乙炔氣的氬氣中退火，可得到主體形貌維持不變的V2O3及V2O3/C微納結構。通過對比V2O3超薄片、三維片花及其各自的碳包覆材料在鋰離子電池中的電化學性質，發(fā)現(xiàn)三維花球的V2O3/C微納結構在0-3V的電壓范圍內，200mA/g的電流密度