金屬氧化物的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、鋰離子電池能否在大型儲能設(shè)備和動力電池領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，其前提是如何在大倍率充放電條件下保持良好的容量特性和循環(huán)穩(wěn)定性。因此，開發(fā)高可逆比容量、高倍率性能的鋰離子電池電極材料是其關(guān)鍵。過渡金屬氧化物由于具有較高的理論容量和良好的電化學(xué)性能和相對低廉的成本等優(yōu)點(diǎn)，有望成為下一代鋰離子電池理想的負(fù)極材料。而電極材料的成分、形貌和結(jié)構(gòu)對其電化學(xué)性能的影響至關(guān)重要?？赏ㄟ^對合成路線的優(yōu)化和設(shè)計，制備出具有特殊形貌結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物負(fù)極材料，使其

2、具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。本論文主要研究了具有特殊形貌的介孔SnO2納米片、層狀Co3O4納米片和SnO2/rGO、Fe3O4/rGO的制備及電化學(xué)儲鋰性能測試。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)、循環(huán)伏安(CV)、熱失重(TG)、XPS等方法對材料進(jìn)行物化性質(zhì)以及采用LAND電池測試系統(tǒng)對其儲鋰性能進(jìn)行了表征。
　　1.如何設(shè)計和制備出具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料從而消除充放電過程中的體積效應(yīng)，

3、延長使用壽命，是推動鋰離子電池負(fù)極材料SnO2商品化所面臨的巨大挑戰(zhàn)。本文在第三章中介紹了一種制備介孔SnO2納米片材料的溶劑揮發(fā)分子自組裝法，該方法包括溶劑緩慢揮發(fā)引發(fā)的分子自組裝和熱處理兩個過程。表面活性劑F127被用作軟模板以形成豐富的孔道結(jié)構(gòu)。得到的樣品具有柔性二維納米片結(jié)構(gòu)和介孔特性?；谶@些形貌結(jié)構(gòu)特性的協(xié)同作用，該樣品用于鋰離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)儲鋰性能包括可逆容量高且穩(wěn)定，倍率性能好，值得注意的是充放電循環(huán)

4、超過1000次的超長循環(huán)壽命。此外，我們較早的進(jìn)行了電極材料演化過程分析，即在不同電化學(xué)循環(huán)次數(shù)后對電池進(jìn)行拆解，觀察SnO2納米片的結(jié)構(gòu)變化，揭示了該介孔SnO2納米片優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性得益于其穩(wěn)定的二維納米片狀結(jié)構(gòu)和多孔特性。
　　2.關(guān)于配位化合物(CP)作為模板合成金屬氧化物的方法，已經(jīng)開展了許多研究，主要應(yīng)用于電化學(xué)儲能以及催化領(lǐng)域。在本文第四章中，我們首次利用Co的配位化合物作為模板前驅(qū)體，采用拓?fù)浠瘜W(xué)法轉(zhuǎn)化成具有層狀結(jié)

5、構(gòu)的Co3O4二維納米片。該材料在二維納米層狀結(jié)構(gòu)和高活性晶面暴露在外部的協(xié)同作用下，作為鋰離子電池負(fù)極材料展現(xiàn)出了高比容量（0.5Ag-1電流密度下循環(huán)100次比容量達(dá)852 mAhg-1）、高倍率性能（1 Ag-1電流密度下循環(huán)100次比容量達(dá)597 mAhg-1)以及優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性（超過200次的循環(huán)壽命）。
　　3.本文在第五章中介紹了利用簡單、溫和的溶液法制備單分散二氧化錫納米顆粒與石墨烯自組裝成復(fù)合材料SnO2/rG

6、O的方法。通過十二烷基硫酸鈉SDS的輔助，SnO2納米顆粒均勻緊密的沉積到柔性石墨烯載體表面。通過尿素控制SnO2納米顆粒的沉積速度及GO的還原程度。該材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，在高倍率下表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)循環(huán)性能，包括0.5 Ag-1電流密度下充放電循環(huán)400次后可逆容量高達(dá)1000mAhg-1，1 Ag-1大電流密度下充放電循環(huán)400次以后可逆容量高達(dá)560mAhg-1以上。同時，在0.1Ag-1到4Ag-1的充放電電流密度范

7、圍內(nèi)也表現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能，4Ag-1大倍率充放電可逆容量高達(dá)432mAhg-1。
　　4.本文在第六章中介紹了一步水熱法制備的Fe3O4/rGO納米復(fù)合材料的工作，此材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有優(yōu)越的電化學(xué)性能。在水熱反應(yīng)中GO還原成納米片狀石墨烯，并在石墨烯片層表面均勻密集的負(fù)載Fe3O4納米顆粒。相比于純的Fe3O4納米粒子，引入石墨烯的Fe3O4/rGO納米復(fù)合材料擁有更高的可逆容量和更優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，在2