銅氧族化合物空心納米材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、過(guò)渡金屬氧化物納米材料因電子電導(dǎo)率低、離子傳輸速率慢、充放電體積變化大等問(wèn)題約束了其在鋰離子電池中的應(yīng)用。一個(gè)有效地解決以上問(wèn)題的方法是合成具有高比表面和短離子擴(kuò)散路徑的空心結(jié)構(gòu)材料。高比表面能賦予過(guò)渡金屬氧化物納米材料更多的儲(chǔ)鋰活性位和與電解液更大的接觸面積;短離子擴(kuò)散路徑有利于鋰離子的快速擴(kuò)散減小內(nèi)阻;空心結(jié)構(gòu)則可以緩解鋰離子在插入/脫插過(guò)程中造成體積膨脹而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)坍塌問(wèn)題;同時(shí)硒化物具有比氧化物更高的電導(dǎo)率。在此,本文主要采用化

2、學(xué)刻蝕法設(shè)計(jì)合成CuSe和Cu2-xSe包覆的CuO空心納米材料,并研究了它們的電化學(xué)性能。
　　基于Cu(OH)2納米線束前驅(qū)體,采用取代/刻蝕法制備了由納米片構(gòu)成的多級(jí)空心結(jié)構(gòu)CuSe。依據(jù)Cu(OH)2與CuSe溶度積的差異,可以先得到Cu(OH)2/CuSe核殼結(jié)構(gòu),然后將Cu(OH)2核溶解于氨水便得到CuSe多級(jí)空心納米材料。將CuSe多級(jí)空心結(jié)構(gòu)材料組裝成鋰離子電池電極,在首次庫(kù)倫效率和循環(huán)性能等方面, CuSe多級(jí)

3、空心材料電極與CuSe納米粒子電極相比具有更優(yōu)越的電化學(xué)性能。這種多級(jí)空心結(jié)構(gòu)賦予材料更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),從而提高其電化學(xué)性能。
　　為使過(guò)渡金屬氧化物鋰離子電池電極獲得長(zhǎng)循環(huán)壽命和高倍率性能,設(shè)計(jì)合成整齊有序的1維(1D)空心納米結(jié)構(gòu)陣列是一種行之有效的方法。基于銅基底上Cu(OH)2納米管陣列前驅(qū)體,采用化學(xué)取代法制備了Cu2-xSe包覆的CuO納米管陣列薄膜,納米管直徑400 nm左右,長(zhǎng)度約幾微米。將Cu2-xSe包覆的CuO

4、納米管陣列薄膜直接構(gòu)建鋰離子電池電極并研究其電化學(xué)性能,電化學(xué)性能顯示,在0.08 mA·cm-2(0.1C)電流密度下,100次循環(huán)后放電容量為764 mAh·g-1,在10 mA·cm-2(12.5 C)和20 mA·cm-2(25C)高倍率下仍然有382.5 mAh·g-1和94.5 mAh·g-1的放電比容量,比單一CuO納米管陣列薄膜具有更加優(yōu)異的電化學(xué)性能。CuO納米管和Cu2-xSe包覆層的協(xié)同作用及其整齊有序的結(jié)構(gòu)促進(jìn)了