納米材料在鋰離子電池負(fù)極上的應(yīng)用研究.pdf

1、納米材料具有許多優(yōu)異的性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為物理、化學(xué)、生物等諸多學(xué)科領(lǐng)域的研究前沿。將納米材料應(yīng)用于鋰離子電池的電極材料已經(jīng)成為當(dāng)前一個(gè)重要的研究課題。鋰離子電池是90年代后投放市場的新一代綠色環(huán)保電池，它因?yàn)殡妷焊?、自放電率低、體積小、重量輕、無記憶效應(yīng)等獨(dú)特性能被廣泛應(yīng)用于便攜式電器以及電動(dòng)汽車中。而鋰離子電池負(fù)極材料是制約其整體性能的關(guān)鍵因素之一。最早商品化的鋰離子電池所采用的負(fù)極材料幾乎都是碳/石墨材料，但由于碳/石墨

2、第一次充放電時(shí)，會在碳表面形成鈍化膜，造成容量損失；而且碳的電極電位與鋰的電位很接近，當(dāng)電池過充時(shí)，金屬鋰可能在碳電極表面析出，形成枝晶而引發(fā)安全問題，且容量較低。因而需要研究開發(fā)新型高能鋰離子電池負(fù)極材料。 本文首先系統(tǒng)介紹了納米材料的基本內(nèi)涵、發(fā)展歷史和性質(zhì)，表征手段等相關(guān)技術(shù)，以及鋰離子電池負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀；詳細(xì)的闡述了TiO<,2>、NiO、Li<,4>Ti<,5>O<,12>、Sn/CNTs等材料的制備；并采用XRD

3、、SEM、TEM和恒流充放電等測試手段對材料的形貌、結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。具體研究工作如下： (1)以TiCl<,4>為主要原料，通過壓力-熱晶法在340℃的酸性條件下直接制備了金紅石型的TiO<,2>納米單晶，并通過TEM、XRD、HRTEM、FFT等技術(shù)手段對二氧化鈦納米晶的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：高溫和高壓下有利于TiO<,2>結(jié)晶成型。TEM顯示制備得到的TiO<,2>納米晶具有四方型結(jié)構(gòu)外觀，高溫灼燒后

4、納米晶型不發(fā)生變化。XRD顯示制備得到的TiO<,2>納米晶是金紅石型結(jié)構(gòu)，電化學(xué)性能研究表明制備得到的TiO<,2>不是一種理想的負(fù)極材料。 (2)以Ni(NO<,3>)<,2>·6H<,2>0和NaOH為原料，采用水熱法合成了鋰離子電池負(fù)極材料NiO納米晶。通過TG-DSC、XRD、SEM和恒流充放電測試，研究了NiO樣品的結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能。400℃焙燒得到立方結(jié)構(gòu)的NiO產(chǎn)品，以0.10mA/cm<'2>充放電，首次

5、放電比容量達(dá)到1151 mAh/g，經(jīng)過20次循環(huán)后的比容量仍為776mAh/g，是一種較好的鋰離子電池負(fù)極材料。 (3)以鈦酸丁酯、醋酸鋰為主要原料，用溶膠-凝膠法制備得到Li<,4>Ti<,5>O<,12>的前驅(qū)體凝膠，然后在空氣中分別以500～800℃煅燒10～12h得到鋰離子電池負(fù)極材料塊狀Li<,4>Ti<,5>0<,12>晶體。恒電流充放電測試表明，800℃煅燒12h所得到的Li<,4>Ti<,5>O<,12>，以0

6、.30mA/cm<'2>充放電，首次充放電容量達(dá)170.2mAh/g，經(jīng)過20次充放電循環(huán)后，其放電比容量仍有146.5mAh/g，表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。 (4)以SnCl<,4>為錫源，CNTs為原料。通過H<,2>還原的氣相法制備得到了Sn-CNTs的復(fù)合材料，并對它的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。通過SEM、XRD、恒電流充放電測試等手段對不同Sn含量Sn-CNTs復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：經(jīng)500