金屬氧化物的合成及作為鋰離子負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、金屬氧化物因其獨特的結(jié)構(gòu)特性在催化，光敏材料，熱敏材料以及電化學(xué)材料等方面有良好的應(yīng)用前景。金屬氧化物與傳統(tǒng)的碳材料（比容量為373mAh·g-1）相比具有更高的容量，且材料來源廣，在鋰離子負(fù)極材料領(lǐng)域受到極大關(guān)注。但金屬氧化物在充放電過程中有極其明顯的體積效應(yīng)，結(jié)構(gòu)畸變嚴(yán)重，導(dǎo)致其電化學(xué)穩(wěn)定性下降。相關(guān)研究表明，材料的形貌及顆粒大小對其電化學(xué)性能有重要影響。因此，我們通過合成不同形貌，不同粒徑的氧化物來探究其電化學(xué)性能。本文通過改變反

2、應(yīng)條件與合成方法來合成了不同的氧化物。分別通過共沉淀法，微波法和沉淀自組裝合成了MgFe2O4，CeO2和SnO2顆粒。并且通過X-射線衍射（XRD）、紅外（IR）、X-射線光電子能譜（XPS）、熱重（TG）對材料的合成機理進行探究，通過掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）對顆粒的形貌與顆粒大小進行表征，通過循環(huán)伏安（CV）、交流阻抗測試（EIS）和充放電性能測試對材料的電化學(xué)性能進行測試。經(jīng)過一系列的測試表明，不同條件合成的材料形貌

3、有所不同，導(dǎo)致相應(yīng)的電化學(xué)性能也有所改變。
　　第一章為緒論部分，主要闡述了鋰離子電池的發(fā)展情況，并對鋰離子電池的組成和原理進行了簡單的介紹。鋰離子電池由電池正負(fù)極外正極材料、電解液、隔膜紙以及負(fù)極材料組成。重點講述了部分學(xué)者對相關(guān)金屬氧化物的合成及電化學(xué)性能的研究成果。最后列舉了目前金屬氧化物的常見合成方法，主要包括水熱法、溶膠凝膠法、共沉淀法、固相法以及微波法。
　　第二章主要介紹了實驗過程中常用的試劑與儀器設(shè)備。主要設(shè)

4、備包括X-射線衍射儀、紅外光譜儀、紫外光譜儀、熱重分析儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、電化學(xué)工作站和充放電測試儀。
　　第三章通過共沉淀法，以MgSO4和FeCl3·6H2O為鎂源與鐵源，NaOH溶液為沉淀劑，合成了具有類球型形貌的MgFe2O4。并對其合成機理及相關(guān)性能進行探究。通過SEM和TEM測試對MgFe2O4的顆粒大小及表面形貌進行分析，測試結(jié)果表明，隨著煅燒溫度的升高，樣品的顆粒尺寸增大，不同的煅燒溫度對樣品的形貌

5、及顆粒尺寸均有影響。為了探究樣品的電化學(xué)性能，我們進行了循環(huán)伏安和充放電性能測試。電流密度為0.2mA·cm-2，電壓范圍0.0-3.0V。測試結(jié)果表明，煅燒溫度為700,800,900和950℃的MgFe2O4初始放電容量分別為1380，1301，1200和978mAh·g-1。900℃下煅燒的樣品容量衰減相對減緩，經(jīng)過10和20周循環(huán)之后容量分別穩(wěn)定在460和448mAh·g-1。在倍率為0.05,0.1和0.5C下循環(huán)40次之后放

6、電容量分別為463,425和290mAh·g-1。容量保持率分別為38.5,35.4和24.1％。表明MgFe2O4作為鋰離子負(fù)極材料有很大的研究價值。
　　第四章通過微波法，以Ce(NO3)3·6H2O，檸檬酸和尿素為原料，以無水乙醇與蒸餾水為混合溶劑制備出了蝴蝶型和球型CeO2。通過XRD，XPS,熱重及紅外表征對其合成機理進行探究。并分別對未添加檸檬酸和添加檸檬酸所得到的樣品進行了掃描電鏡測試，未添加檸檬酸合成的CeO2表面

7、形貌為蝴蝶型，以檸檬酸為螯合劑得到的CeO2表面形貌為空心球型，且顆粒較小。表明以檸檬酸為螯合劑對CeO2的整體形貌有重要影響。通過對兩種形貌的CeO2進行交流阻抗測試和充放電性能測試，發(fā)現(xiàn)顆粒較小的球型CeO2具有更好的電化學(xué)性能。電流密度為0.2mA·cm-2，電壓范圍0.0-3.0V。測試結(jié)果表明，蝴蝶型CeO2和球型CeO2的初始放電容量分別為800和750mAh·g-1。經(jīng)過循環(huán)后，第二次的放電容量分別為225和295mAh·

8、g-1。第一次循環(huán)和第二次循環(huán)之間存在十分明顯的容量衰減，分別衰減了70%和60%。表明不同形貌的CeO2具有不同的電化學(xué)性能，研究不同形貌的CeO2對鋰離子負(fù)極材料具有重要的意義。
　　第五章采用簡單的自組裝合成法，分別以SnCl2·2H2O和SnSO4為原料，無水乙醇與蒸餾水為混合溶劑制備出了SnO2納米帶和納米球。通過XRD測試得到適宜的煅燒溫度為700℃，當(dāng)煅燒溫度為400℃是樣品為非晶相。掃描電鏡測試結(jié)果表明，以不同的錫

9、酸鹽為原料，所得SnO2的形貌及顆粒尺寸均發(fā)生了明顯的變化。以SnCl2·2H2O為原料合成的SnO2整體形貌為納米帶，由許多小顆粒團聚而成。以SnSO4為原料合成的SnO2整體形貌為球型，顆粒表面光滑，尺寸較小。表明不同的陰離子對晶體的形貌產(chǎn)生了相應(yīng)的影響。為測試兩者的電化學(xué)性能，對帶狀SnO2和球型SnO2進行了充放電性能測試。測試結(jié)果表明，帶狀SnO2和球型SnO2都具有較高的初始放電容量，分別達(dá)到1500和1640mAh·g-1