鎢基微納復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備及儲(chǔ)能性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為綠色的儲(chǔ)能裝置，因擁有較高的工作電壓、較長的使用壽命、無記憶效應(yīng)等優(yōu)勢，而被普遍的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。但是，在現(xiàn)在這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著無線射頻技術(shù)、感應(yīng)器、智能衣服、智能包裝等興起，商業(yè)化鋰離子電池已達(dá)不到要求。過渡金屬氧化物擁有較高的理論容量、來源豐富、價(jià)格便宜，特別是混合過渡金屬氧化物中不同金屬離子之間的協(xié)同作用有助于容量的進(jìn)一步提升，被廣泛的認(rèn)為是最有應(yīng)用價(jià)值的鋰離子電池負(fù)極材料之一。然而，氧化物本身導(dǎo)電性差，在充放電過

2、程中易發(fā)生體積膨脹等問題限制了其實(shí)際應(yīng)用。通過巧妙的設(shè)計(jì)合成過程，制備具有穩(wěn)定微納結(jié)構(gòu)的混合過渡金屬氧化物可以有效的緩解上述問題。另外，探究具有特殊結(jié)構(gòu)的混合過渡金屬氧化物的生長機(jī)制可以指導(dǎo)合成其他的相關(guān)材料。
　　另外，鋰硫電池作為另一個(gè)先進(jìn)的可逆充電電池，其憑借較高的理論比容量(1675 mA h/g)、儲(chǔ)量豐富、無污染等優(yōu)勢逐漸登上新能源儲(chǔ)存的舞臺(tái)。就目前的研究現(xiàn)狀來看，影響鋰硫電池商業(yè)化的主要問題是硫和相應(yīng)的放電產(chǎn)物的絕緣

3、性、長鏈多硫化鋰的溶解等。通過雜原子摻雜及無機(jī)分子功能化后的碳材料，可以有效的固定多硫化物，減小穿梭效應(yīng)。合理的制備具有高導(dǎo)電性、高載硫量的正極材料，成為鋰硫電池發(fā)展的需要。本論文主要通過水熱法和回流方法來實(shí)現(xiàn)鎢基微納復(fù)合材料的可控制備，并研究其作為電極材料的電化學(xué)性能，論文的主要內(nèi)容包括:
　　(1)首次在不添加任何表面活性劑的前提下，通過兩步水熱法成功的合成了ZnWO4六角星結(jié)構(gòu)(HHMs)。通過TEM、SEM和XRD等表征手

4、段分析在不同反應(yīng)時(shí)間下，中間產(chǎn)物的組成、形貌和相的變化。基于上述結(jié)果和分析，提出了原位形成和晶格相融的生長機(jī)制解釋3D六角星形結(jié)構(gòu)的形成過程。將其作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測試，倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已報(bào)道的文獻(xiàn)，這主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定且結(jié)晶度高，而且不同金屬離子之間的協(xié)同效應(yīng)，可以緩解充放電過程中體積膨脹，提供更多的活性位點(diǎn)。在循環(huán)90圈之后，通過SEM表征，發(fā)現(xiàn)六角星形結(jié)構(gòu)保留完整，進(jìn)一步說明了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)性能有

5、著重要的作用。
　　(2)首次通過簡單低溫回流的方法制備了W2C與N、P摻雜的石墨烯的復(fù)合材料。高溫還原后的石墨烯具有較高的導(dǎo)電性，可以提高電子傳輸效率。雜原子摻雜及W2C將石墨烯進(jìn)行功能化，將W2C@N/P-rGO復(fù)合材料作為硫的載體進(jìn)行鋰硫電池性能測試，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性，載硫量高達(dá)68％時(shí)，在1C(1 C=1675mA/g)的電流密度下，循環(huán)500圈之后，放電比容量能維持在大約400 mA h/g。高載硫量、優(yōu)異的電