銅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、鋰離子電池由于其能量密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)和便攜式電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是一種非常有潛力的電子儲(chǔ)能設(shè)備。但是，隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品的多元化，迫切需要發(fā)展高性能的鋰電技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的社會(huì)需求。作為鋰電核心部件的電極是開(kāi)發(fā)優(yōu)異性能鋰電技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，探索新的鋰電電極材料及其改性技術(shù)就受到眾多科研工作者的關(guān)注，并已成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
　　自從Tarascon等[1]首次報(bào)道并分析了過(guò)渡金屬氧化物具有較好的電化學(xué)性能，過(guò)

2、渡金屬氧化物(TMOs，M= Co，Ni，Cu等)作為具有潛力的負(fù)極材料得到了高度的關(guān)注。其中，銅氧化物負(fù)極材料由于其理論比容量高、無(wú)毒、價(jià)格便宜、環(huán)境友好等一些特點(diǎn)而受到更多的關(guān)注。論文圍繞不同組成、晶相結(jié)構(gòu)、形貌的銅氧化物的制備、改性等方面展開(kāi)工作；結(jié)合XRD、SEM、TEM等表征結(jié)果，探討了制備條件（焙燒溫度、水熱處理等）、有機(jī)物改性等對(duì)銅基負(fù)極材料的形貌、物相組成、晶相結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果

3、如下：
　　1.采用化學(xué)沉淀法合成了立方塊形貌的Cu2O前驅(qū)體（Cu2O-raw），分別考察了焙燒結(jié)合堿處理和水熱條件處理對(duì)銅氧化物的組成、結(jié)構(gòu)、形貌及其電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示Cu2O-raw分別在200 oC、500 oC焙燒后，Cu2O-200和Cu2O-500樣品的物相組成從 Cu2O-raw單一 Cu2O分別轉(zhuǎn)變?yōu)?Cu2O-CuO混合相和 CuO。對(duì)Cu2O-raw、Cu2O-200和Cu2O-500樣品分別用2M

4、NaOH溶液刻蝕處理。與處理前相比，Cu2O-200-OH與Cu2O-OH樣品呈現(xiàn)出相似的納米片組成的花狀形貌，比表面積增加，其放電比容量有了明顯的提高，分別從70 mAh·g-1和85 mAh·g-1（0.5C）提高到105 mAh·g-1和200 mAh·g-1（0.5C）；而Cu2O-500-OH樣品仍然保持立方塊形貌，放電比容量較處理前并沒(méi)有顯著變化。顯然，采用控制焙燒溫度和濃堿處理技術(shù)可以獲得不同形貌、放電比容量的銅基鋰離子電

5、池負(fù)極材料。
　　采用水熱法對(duì)Cu2O-raw進(jìn)行處理得到磚塊形貌的樣品（Cu2O-H2O），結(jié)合物相表征和電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果分析可知由于氧化不完全，樣品呈現(xiàn) CuO-Cu2O混合物相，其放電比容量高于Cu2O-raw，達(dá)100 mAh·g-1（0.5 C），同時(shí)也高于Cu2O-500樣品的放電比容量70 mAh·g-1（0.5 C）。
　　銅氧化物的形貌對(duì)其電化學(xué)性能有影響，與呈現(xiàn)出“立方塊”形貌的銅氧化物樣品（Cu2O-

6、raw、Cu2O-200和Cu2O-500）相比，“花狀”和“磚塊”形貌的銅氧化物（Cu2O-200-OH、Cu2O-OH和 Cu2O-H2O），具有更高的比表面積，更多的嵌鋰位點(diǎn)，可以縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，放電比容量相對(duì)較高，說(shuō)明了形貌對(duì)材料的電化學(xué)性能有著直接的影響。
　　通過(guò)500 oC焙燒 Cu2O-raw制得立方塊形貌的氧化銅樣品（CuO-raw），雖然CuO-raw的放電比容量不高，但是它的循環(huán)還是比較穩(wěn)定的。因此，本

7、文采用氧化石墨烯（GO）和多巴胺（DA）對(duì)CuO-raw進(jìn)行有機(jī)改性，利用XRD、UV、SEM、TEM等進(jìn)行表征并考察其電化學(xué)性能。
　　2.利用多巴胺（DA）的自聚合反應(yīng)對(duì)CuO-raw進(jìn)行表面改性制備CuO/PDA納米復(fù)合材料，并考察其電化學(xué)性能。通過(guò)TEM、IR和UV的表征結(jié)果可以確定成功的合成了CuO/PDA納米復(fù)合材料。CuO/PDA與CuO-raw比較，初始放電比容量得到了明顯的提高，將近是CuO-raw初始放電比容量

8、的10倍。循環(huán)100次的放電比容量從67 mAh·g-1提高到92 mAh·g-1（0.5 C），結(jié)果說(shuō)明聚多巴胺(PDA)對(duì)于CuO-raw的電化學(xué)性能改善具有一定效應(yīng)。
　　3.利用氧化石墨烯（GO）對(duì)CuO-raw進(jìn)行表面改性制備CuO/GO納米復(fù)合材料，并考察其電化學(xué)性能。從 CuO/GO的 UV和 SEM表征結(jié)果可知，成功制備了CuO/GO納米復(fù)合材料。與CuO-raw樣品比較，CuO/GO-20樣品的初始放電比容量是C