四價金屬氧化物納米晶及其復(fù)合材料制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、目前，鋰離子電池在人們的學(xué)習(xí)、生活和工作中起到了不可忽視的作用，從而對其提出了更高的性能要求。開發(fā)比能量高和儲存壽命長的電極材料是當(dāng)前科學(xué)研究的重點(diǎn)之一。過渡金屬氧化物以其較高的理論電容、安全無毒、環(huán)境友好和價格實惠備受研究工作者的青睞。然而過渡金屬氧化物導(dǎo)電性不理想，充放電過程中體積變化等因素使其實際應(yīng)用的性能不盡人意。本文以四價金屬氧化物為研究對象，從摻雜和復(fù)合兩個角度去改善金屬氧化物鋰離子負(fù)極材料的電化學(xué)性能。采用水熱法制備了摻雜

2、SnO2納米晶和TiO2-Graphene復(fù)合材料，通過XRD、EDX、SEM、TEM、Raman、FT-IR、UV-vis等手段對樣品進(jìn)行了表征，借助真空手套箱組裝鋰離子電池，并運(yùn)用電化學(xué)工作站和鋰離子電池測試儀對樣品的電化學(xué)性能進(jìn)行分析。主要結(jié)果如下：
　　(1)以SnCl4為錫源，Gd3+離子為摻雜離子，油酸為表面活性劑，通過水熱法制備出不同摻雜濃度的SnO2納米晶。XRD、TEM、Raman、UV-Vis等微結(jié)構(gòu)與譜學(xué)測試

3、表明所制備樣品為四方晶系金紅石型 SnO2，Gd3+離子以替位式摻雜方式摻入SnO2納米晶中。隨著摻雜濃度的增加，SnO2由類球狀納米顆粒演變?yōu)榧{米棒，并且平均尺寸由6.2nm逐漸減小為4.2nm。從表面自由能原理出發(fā)，解釋了 SnO2納米棒的生長機(jī)理。電化學(xué)性能表征發(fā)現(xiàn) SnO2納米棒的首次充放電容量、循環(huán)穩(wěn)定性以及庫倫效率都要高于納米顆粒，并且經(jīng)過50次循環(huán)后 SnO2納米棒的比容量仍保持有370mAh/g。研究結(jié)果表明，由于摻雜的

4、作用，調(diào)節(jié)了材料的形貌和尺寸，改善了SnO2納米晶的電化學(xué)性能。
　　(2)以非晶球狀TiO2和氧化石墨烯為反應(yīng)前驅(qū)體，一步水熱反應(yīng)制備了自組織三維TiO2-Graphene復(fù)合材料。分析了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌和成分含量，表明銳鈦礦型TiO2微米球單分散地嵌入三維石墨烯，復(fù)合材料具有155 m2/g的比表面積和3.8 nm的孔徑。復(fù)合材料的電化學(xué)性能測試表明復(fù)合材料在0.5 C、1 C、5 C、10 C和20 C下分別具有203、