納米復合材料MxOy-C的設計合成及其儲鋰性能研究.pdf

1、本論文的主要工作是采用水熱法和水解法設計合成基于過渡金屬氧化物（MxOy=Fe2O3，F(xiàn)e3O4和TiO2）和納米碳材料（石墨烯rGO和多壁碳納米管MCNTs）的三維納米復合材料。采用XRD、FTIR、Raman、TGA、ICP、EDX、XPS、SEM、TEM、HRTEM和STEM等手段對所合成的復合材料進行了表征。通過循環(huán)伏安、恒流充放電和電化學交流阻抗測試考察了它們的儲鋰性能。得到的主要結論如下:
　　采用簡單、綠色、經(jīng)濟的一

2、步尿素輔助水熱法合成了三維Fe2O3/rGO/MCNTs納米復合材料。粒徑約為35 nm的赤鐵礦Fe2O3納米粒子錨定在rGO和MCNTs構筑的三維導電網(wǎng)絡中。所合成的Fe2O3/rGO/MCNTs作為鋰離子電池負極材料，表現(xiàn)出顯著提高的比容量、循環(huán)性能和倍率性能:100mAg-1電流密度下，首次放電容量和充電容量分別為1692和1322 mAhg-1;循環(huán)50次后，容量保持在1118mAhg-1;當電流密度升高到1000 mAg-1，

3、可逆容量高達785 mAhg-1。
　　采用簡單的一步水熱自組裝法合成了納微結構的Fe3O4/rGO/MCNTs。直徑為0.2-0.5μm磁鐵礦Fe3O4微球分散在rGO/MCNTs中。所得Fe3O4/rGO/MCNTs具有更加優(yōu)異的儲鋰性能:在100 mA g-1電流密度下，其首次放電容量和充電容量分別為1452和1036 mAhg-1;在10Ag-1電流密度下，可逆容量為208 mAh g-1;200周循環(huán)后，容量保持在776

4、 mAh g-1，平均庫倫效率高達98％。
　　利用簡單的氨水輔助水解和煅燒兩步合成法制備了銳鈦礦TiO2/MCNTs納米復合材料。粒徑約為10nm的純銳鈦礦TiO2納米粒子均勻地生長在MCNTs導電網(wǎng)絡上。所合成的產(chǎn)物表現(xiàn)出顯著提高的電化學性能，尤其是高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性:10 Ag-1(60 C)電流密度下，可逆容量高達92 mAhg-1;0.1Ag-1電流密度下循環(huán)100周，容量保持在185 mAhg-1;循環(huán)過程中，庫倫

5、效率高達99％。
　　在以上研究的基礎上，采用簡單經(jīng)濟的自下而上分級組裝的方法設計合成了TiO2/FexOy/MCNTs。TiO2修飾的FexOy納米粒子生長在MCNTs骨架之上或其中。所設計合成的TiO2/FexOy/MCNTs引入TiO，作為緩沖材料，采用MCNTs骨架作為三維多孔導電/緩沖網(wǎng)絡和FexOy納米粒子的生長基底，與已報道的同類復合材料相比，表現(xiàn)出壓倒性的儲鋰性能:500和200 mAg-1電流密度下，容量分別保持