鉬基金屬氧化物鋰電池負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、二氧化鉬(MoO2)具有導(dǎo)電性好、穩(wěn)定性高和理論容量高等優(yōu)點(diǎn)，是目前鋰離子電池負(fù)極材料研究的熱點(diǎn)材料之一。但是，二氧化鉬的實(shí)際充放電比容量很低。這是由于在充放電過程中，二氧化鉬初步鋰化形成的低導(dǎo)電性的Li0.98MoO2阻止了二氧化鉬的進(jìn)一步鋰化。同時，由于充放電過程中二氧化鉬有很大的體積膨脹，使得二氧化鉬的循環(huán)性能也很差。更重要的是，不同于一般的金屬氧化物，二氧化鉬的充放電比容量在前30個循環(huán)會有一個增加的過程。這個不尋常的現(xiàn)象在目前

2、文獻(xiàn)中還沒有得到很好的解釋，一般被簡單的認(rèn)為是電極材料活化的過程。因此，本文主要的工作包括以下幾方面:
　　(1)通過引入多級孔結(jié)構(gòu)來提高二氧化鉬充放電過程中鋰離子和電子的傳輸速率和二氧化鉬材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高二氧化鉬的充放電容量和改善其循環(huán)性能。本文中以介孔碳CMK-3為模板劑和還原劑，用一步碳熱還原法合成了二氧化鉬納米管。在深入研究了不同三氧化鉬和CMK-3的質(zhì)量比，煅燒的溫度和時間對于二氧化鉬結(jié)構(gòu)和形貌影響的基礎(chǔ)上，研

3、究了這些因素對二氧化鉬電化學(xué)性能的影響。研究表明:當(dāng)三氧化鉬和CMK-3的質(zhì)量比為10∶1、煅燒溫度為820℃、反應(yīng)時間為90分鐘時合成出的二氧化鉬納米管具有最好的循環(huán)性能和倍率性能。在電流密度為100 mA g-1下充放電70圈之后，二氧化鉬的放電比容量仍有720 mAh g-1。
　　(2)在含有多級孔結(jié)構(gòu)二氧化鉬納米管的基礎(chǔ)上，通過引入具有高導(dǎo)電性的碳化鉬(Mo2C)進(jìn)一步提高二氧化鉬的充放電比容量和改善其循環(huán)性能。仍然采用

4、一步碳熱還原法，通過控制前驅(qū)物三氧化鉬和CMK-3的比例成功合成了具有多級孔結(jié)構(gòu)的MoO2/Mo2C納米管。研究了不同二氧化鉬和碳化鉬的質(zhì)量比對二氧化鉬和碳化鉬復(fù)合材料的循環(huán)性能和倍率性能的影響。研究表明，在碳化鉬含量為30％時，二氧化鉬和碳化鉬復(fù)合材料具有最高的充放電比容量和最好的循環(huán)性能和倍率性能。在電流密度為200 mA g-1下充放電100圈之后，二氧化鉬和碳化鉬復(fù)合材料的放電比容量仍有790 mAh g-1。
　　(3)

5、通過原位碳包覆的方法來提高二氧化鉬的導(dǎo)電性，從而提高二氧化鉬的充放電比容量和循環(huán)性能。采用新穎的模板輔助法來達(dá)到原位碳包覆的目的。本文中以甲醛和間苯二酚為軟模板劑，在水熱條件下與四水合七鉬酸銨(AHM)作用首先得到三氧化鉬(MoO3)/酚醛樹脂的球型復(fù)合物。再將此三氧化鉬酚醛樹脂復(fù)合物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下的管式爐中煅燒后獲得刺狀球型二氧化鉬/碳復(fù)合物。研究了不同酚醛樹脂與AHM質(zhì)量比和煅燒溫度對于二氧化鉬/碳復(fù)合物的形貌和電化學(xué)性能的影響。研究

6、表明，在加入的間苯二酚質(zhì)量為3.20g、AHM質(zhì)量為3.09 g、甲醛溶液為7 mL、煅燒溫度為600℃時所合成的二氧化鉬/碳復(fù)合物具有最好的循環(huán)性能和倍率性能。在電流密度為1.0 A/g下循環(huán)400圈后，二氧化鉬/碳復(fù)合物的充放電比容量仍有520mAh g-1。
　　(4)二氧化鉬材料在進(jìn)行前30圈充放電時，充放電比容量會逐漸上升。這個不同于一般金屬氧化物材料的現(xiàn)象，一般被解釋成二氧化鉬電極材料逐漸活化的過程。本文中利用原位XR