幾種過渡金屬氧化物鋰離子電池負極材料的制備與電化學性能.pdf

1、鋰離子電池在儲能方面的發(fā)展越來越受到關注，其相對于傳統(tǒng)電池（鉛蓄電池，鎳鎘電池等）具有比容量大，質量輕，使用壽命長等優(yōu)點。但是隨著社會發(fā)展，對電池性能的要求也在不斷提高，鋰離子電池也在不斷的改進。雖然目前主要使用石墨作為商業(yè)化鋰離子電池的負極材料，但是其比容量低，倍率性能差，使鋰離子電池的發(fā)展受到相應的限制。過渡金屬氧化物由于其來源廣泛，價格低廉且比容量大等優(yōu)勢，在鋰離子電池方面的應用引起了研究者的廣泛關注。但是由于過渡金屬氧化物在鋰離

2、子脫出和嵌入過程中體積變化較大，容易導致電極破裂，電極材料與集流體分離，使電池的使用壽命降低。因此本文通過對過渡金屬氧化物負極材料的形貌調控，與碳材料復合或者氮摻雜碳來改善鋰離子電池負極材料的電化學性能。論文的主要研究內容和結果如下:
　　1.將合成的TiO2前驅體分別在氬氣和氨氣中煅燒得到組成不同的TiO2與碳(TiO2/C)和氮摻雜碳TiO2(N-TiO2/C)納米復合物。兩產(chǎn)物均為球形，直徑大約160 nm，且前者表面較光滑

3、，后者則由小的納米顆粒組成，表面較粗糙。通過電化學性能測試發(fā)現(xiàn)N-TiO2/C復合材料在電流密度為0.6 C時，經(jīng)過220次循環(huán)后，可逆比容量為277 mAh g-1，而TiO2/C復合材料的比容量只有228.9 mAh g-1，說明N-TiO2/C具有高的比容量。在不同電流密度下測試發(fā)現(xiàn)N-TiO2/C復合材料也具有較好的倍率性能，表明氮摻雜作用改善了TiO2電極材料的電化學性能。
　　2.通過無模板一步水熱法制備了中空@多孔的

4、TiO2微球，其殼層的厚度約為450 nm。中空@多孔TiO2微球的合成機理包括TiO2納米粒子的生成、聚集以及定向生長，HF刻蝕、奧斯瓦爾德熟化和轉化過程。經(jīng)過充放電測試發(fā)現(xiàn)，在電流密度為0.6 C時，經(jīng)過150次循環(huán)，可逆比容量約為170 mAh g-1;倍率測試則發(fā)現(xiàn)，在電流密度為24 C時可逆比容量為40.8 mAh g-1，體現(xiàn)了較好的倍率性能，可能由于中空@多孔的結構提供了更多的儲鋰位點，同時促進了電解液的擴散和鋰離子的運輸

5、。此TiO2負極材料具有優(yōu)異的電化學性能，將有可能成為理想的鋰離子電池負極材料。
　　3.在超聲條件下通過配位轉化的方式，由[Cu(NH3)4]2+與均苯三甲酸反應合成Cu-MOF材料。將Cu-MOF在空氣中不同溫度下煅燒制備組成和形貌不同的電極材料，發(fā)現(xiàn)在250℃下煅燒后的產(chǎn)物是CuO/C復合材料，為中空多孔棒狀;而在300℃和350℃溫度下產(chǎn)物均為CuO，無碳存在，形貌不規(guī)整。通過充放電測試發(fā)現(xiàn)，在電流密度為100 mA g-