鍺基納米材料的制備及作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究.pdf

1、近幾年來，納米材料被成功地應(yīng)用在可充電鋰離子電池上，用來提高電池的儲鋰容量和循環(huán)性能。許多容量高循環(huán)性能好的負(fù)極材料被提出來替代商用的石墨負(fù)極。鍺基材料被認(rèn)為是比較有前景的負(fù)極材料，因為它的理論容量比較高，并且鋰在鍺中的擴(kuò)散速率快。純鍺負(fù)極在鋰合金化和去合金化的過程中存在較大的體積變化（370％），會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞和容量的快速衰減。研究表明，將材料納米化、表面碳包覆建立緩沖結(jié)構(gòu)等方法能夠有效防止鍺顆粒在充放電過程中發(fā)生團(tuán)聚，并且緩解材料

2、的體積膨脹，從而改善材料的電化學(xué)性能。本文中我們合成了海膽狀Ca2Ge7O16空心球材料，和GeO2/Ge/C，Ge/C兩種碳包覆的復(fù)合材料。運用SEM，XRD，TEM，TGA等現(xiàn)代測試分析方法對這些材料進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，包括它們的結(jié)構(gòu)和物理特性，并且探究了這些材料作為鋰離子電池負(fù)極的性能。我們的研究工作主要有以下幾個方面：
　　在第3章中，采用甲基脲輔助水熱法合成了海膽狀 Ca2Ge7O16空心球材料。通過添加不同濃度的甲基脲控

3、制形貌變化。探索了不同堿源，不同溫度對形貌的影響。通過基于時間的形態(tài)演變的實驗研究了海膽狀空心球的生長機(jī)理。作為鋰離子負(fù)極，Ca2Ge7O16展現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能和倍率性能。電流密度為1000 mA g-1時，循環(huán)200周后，容量仍然保持在603 mAh g-1。在高電流密度4 A g-1時，電池的容量為420 mAh g-1。
　　在第4章中，通過兩種不同的方法分別合成了GeO2/Ge/C，Ge/C。與商品的GeO2電化學(xué)性能

4、相比，發(fā)現(xiàn)制備的兩種材料的循環(huán)性能和倍率性能都提高了。GeO2/Ge/C在電流為100 mA g-1時，循環(huán)50周以后容量仍然保持在800 mAh g-1。并且倍率性能良好，在高電流密度1800 mA g-1時，可逆容量為480 mAh g-1。Ge/C在電流密度為100 mA g-1時，循環(huán)50周后，容量保持在580 mAh g-1,在高電流密度1800 mA g-1時，可逆容量為440 mAh g-1。探索了兩種材料的電化學(xué)性能提高