鋰離子電池CuO負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，相當(dāng)多的電化學(xué)研究都集中在開發(fā)高性能鋰離子電池及其相關(guān)工作，用以應(yīng)用便攜式電子設(shè)備、新能源汽車以及電站調(diào)峰存儲(chǔ)裝置等方面。然而，現(xiàn)在常用的碳基負(fù)極材料已經(jīng)不能很好滿足未來對(duì)鋰離子電池的要求。作為下一代鋰離子電池的負(fù)極最有希望備選之一，過渡金屬氧化物以其優(yōu)秀的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能備受關(guān)注。而作為典型代表的氧化銅由于其高的理論容量、廣泛的資源儲(chǔ)量、價(jià)格的適度性以及環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出。然而，氧化銅電極由于其低的導(dǎo)電性無疑將影響電荷在電

2、極中的傳輸，進(jìn)而影響電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能。另外氧化銅電極材料由于在充放電過程中將經(jīng)受比較大體積膨脹而造成明顯的結(jié)構(gòu)破損粉化，繼而導(dǎo)致循環(huán)容量快速下降。
　　為克服以上提到的缺點(diǎn)，科研工作大量投入到提高氧化銅電極性能方面的嘗試。在本文中，對(duì)氧化銅電極采取多種制備方法制備氧化銅、氧化銅形貌結(jié)構(gòu)控制、氧化銅復(fù)合材料電極制備等的多種辦法改善其電化學(xué)性能。為制造出相似類型的負(fù)極材料，特別是通過形貌控制電極材料電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能等方面做出了指導(dǎo)。

3、>　　在使用固相法制備氧化銅粉末過程中，重點(diǎn)比較了兩種固相制備法得到的氧化銅粉末的儲(chǔ)鋰性能的區(qū)別。考察了溫度因素對(duì)煅燒法制備氧化銅成分的影響、反應(yīng)物比例對(duì)研磨法制備氧化銅成分的影響。該方法可以快速制備大量氧化銅粉末，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
　　利用溶液沉淀法制備得到了葉狀氧化銅、麥片狀氧化銅、微米球狀氧化銅和豆?fàn)钛趸~，形貌均一完整，分散良好。其中微米球直徑5.5~7.0μm之間，并且由長度1～2μm寬0.1～0.2μm氧化銅納米棒組成

4、。利用XPS表征手段驗(yàn)證了首次電化學(xué)過程中不同極化電位下電極表面的成分變化，研究了氧化銅嵌鋰過程行為。通過對(duì)制備的四種氧化銅形貌與可逆容量之間的關(guān)系的比較，得出具有三維球形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、次級(jí)單元多孔結(jié)構(gòu)，將有利于材料在充放電過程中保持循環(huán)穩(wěn)定、較好的循環(huán)容量及倍率性能。微米球狀氧化銅在50次可逆循環(huán)之后其容量保持在429.0 mAh g-1并有較好的倍率性能。
　　在使用水熱合成法利用不同銅鹽作為原料、與尿素水熱反應(yīng)得到空心球狀氧化銅

5、、花狀氧化銅、荊棘狀氧化銅和球形氧化銅電極材料。其中空心球狀氧化銅直徑4~10μm，由無數(shù)氧化銅納米棒組成。在制備過程中，重點(diǎn)研究了銅鹽中的陰離子對(duì)最終產(chǎn)物的微觀形貌結(jié)構(gòu)的影響，另外也研究了混合陰離子對(duì)形貌的影響，反應(yīng)溫度與反應(yīng)物濃度對(duì)形貌的控制。通過使用XPS測(cè)試手段，研究了煅燒過程對(duì)儲(chǔ)鋰性能的影響。利用對(duì)材料形貌結(jié)構(gòu)的表征、循環(huán)性能、倍率性能及EIS的測(cè)試、計(jì)算鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的方法，證實(shí)制備的空心球狀氧化銅具有最好的循環(huán)性能、循環(huán)壽

6、命和倍率性能，50次可逆循環(huán)之后其容量保持在574.6mAh g-1。
　　最后利用水熱制備法制備了氧化銅/石墨烯和氧化銅/碳納米管復(fù)合材料，用以改進(jìn)氧化銅電極的電化學(xué)性能。在制備過程中發(fā)現(xiàn)，熱膨脹還原法制備的石墨烯片層較薄、團(tuán)聚較少，適合作為復(fù)合材料的原料。經(jīng)過循環(huán)性能的比較，氧化銅/石墨烯復(fù)合材料電極，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。在經(jīng)過50次循環(huán)測(cè)試后，CuO/rGO的循環(huán)容量在648.5 mAh g-1，高于單純氧化銅電極的容量。