過渡金屬化合物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著常規(guī)能源的有限性以及環(huán)境問題的日益突出，以環(huán)保和可再生為特質(zhì)的新能源的發(fā)展越來越受到各國的重視。以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能最有希望解決新能源發(fā)電技術(shù)中的儲能問題。近年來，電動汽車市場發(fā)展迅猛，而擁有高能量及功率密度的鋰離子電池倍受青睞，成為新能源汽車儲能環(huán)節(jié)的首選技術(shù)。以上引起了鋰離子電池在全球范圍內(nèi)的研究熱潮。鋰離子電池研究的關(guān)鍵在于電極材料，擁有理論容量高、成本低廉、環(huán)境友好、安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)的過渡金屬化合物受到了研究者的

2、廣泛青睞。但過渡金屬化合物做鋰離子電池負(fù)極材料時也有一些缺陷需要克服，如導(dǎo)電性不好，嵌鋰脫鋰過程中材料容易發(fā)生體積變化，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌，嚴(yán)重降低鋰離子電池的電化學(xué)性能。解決這些問題的途徑主要有兩種，一種是改變材料的微觀形貌，另一種是與碳基材料復(fù)合。本文將結(jié)合這兩種途徑通過多種方法改善鐵基氧化物、錳基氧化物及二硫化鉬的電化學(xué)性能。主要內(nèi)容如下：
　　通過使用“原位”固相還原法合成Fe3O4/FeO/Fe/C復(fù)合物。用葡萄糖做碳源，

3、和納米級Fe2O3粉末混合充當(dāng)前軀體，并在不同溫度下反應(yīng)。將反應(yīng)產(chǎn)物用XRD、XPS、SEM、TG等成分及形貌測試方法進(jìn)行測試分析，發(fā)現(xiàn)在700℃溫度下合成的材料成分為Fe3O4、FeO、少量Fe和無定形碳，其中各組分之間接觸緊密，碳均勻地包覆在顆粒周圍并形成了整個材料的基底，能夠在充放電過程中緩沖氧化物顆粒的體積變化。對這個Fe3O4/FeO/Fe/C復(fù)合物進(jìn)行電化學(xué)測試后發(fā)現(xiàn)，其作為負(fù)極材料在0.1 A g-1電流下可逆容量達(dá)到14

4、00 mAh g-1，在1 A g-1電流下循環(huán)500圈仍保留900 mAh g-1的可逆容量，表現(xiàn)出了出色的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。其中，材料中少量的單質(zhì) Fe可顯著提高材料的導(dǎo)電性，對材料電化學(xué)性能的改善起到至關(guān)重要的作用。
　　再次運(yùn)用“原位”固相還原法在錳基氧化物上使用，將MnO2和葡萄糖作為前軀體進(jìn)行不同溫度下的熱處理。將樣品進(jìn)行XRD、SEM等測試，對比分析反應(yīng)溫度對材料成分及電化學(xué)性能的影響。用各組樣品制備鋰離子電池并

5、進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)在800℃下制備出的MnO/C復(fù)合物有非常優(yōu)異的電化學(xué)性能，該樣品在1 A g-1的大電流充放電下從第50圈到第500圈容量持續(xù)增加，在第500圈時得到845 mAh g-1的可逆容量，表現(xiàn)出了出色的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
　　將水熱法與CVD法相結(jié)合，在用CVD法生成的三維泡沫石墨烯（GF）上水熱沉積MoS2，制備出MoS2@GF復(fù)合材料。通過調(diào)整水熱反應(yīng)時間控制MoS2的載量，發(fā)現(xiàn)在180℃下反應(yīng)24 h可得到載

6、量為1:1的MoS2@GF樣品。此樣品可以直接作為Binder-free的電極材料進(jìn)行電池的封裝，省去了粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等添加劑，簡化了電池制備過程。將MoS2@GF復(fù)合物作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)測試后發(fā)現(xiàn)，在100 mA g-1充放電電流下樣品可以獲得接近900 mAh g-1的可逆容量，且在50圈以內(nèi)幾乎沒有容量衰減，表現(xiàn)出了穩(wěn)定的循環(huán)性能和出色的倍率性能。通過對比分析可以看出，MoS2@GF復(fù)合物集合了MoS2與GF雙方的優(yōu)