金屬氧化物的制備及其電化學性能的研究.pdf

1、鋰離子電池能否在大型儲能設備和動力電池領域廣泛的應用，其前提是如何在大倍率充放電條件下保持良好的容量特性和循環(huán)穩(wěn)定性。因此，開發(fā)高可逆比容量、高倍率性能的鋰離子電池電極材料是其關鍵。過渡金屬氧化物由于具有較高的理論容量和良好的電化學性能和相對低廉的成本等優(yōu)點，有望成為下一代鋰離子電池理想的負極材料。而電極材料的成分、形貌和結構對其電化學性能的影響至關重要?？赏ㄟ^對合成路線的優(yōu)化和設計，制備出具有特殊形貌結構的過渡金屬氧化物負極材料，使其

2、具有優(yōu)異的電化學性能。本論文主要研究了具有特殊形貌的介孔SnO2納米片、層狀Co3O4納米片和SnO2/rGO、Fe3O4/rGO的制備及電化學儲鋰性能測試。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)、循環(huán)伏安(CV)、熱失重(TG)、XPS等方法對材料進行物化性質以及采用LAND電池測試系統(tǒng)對其儲鋰性能進行了表征。
　　1.如何設計和制備出具有獨特結構的復合材料從而消除充放電過程中的體積效應，

3、延長使用壽命，是推動鋰離子電池負極材料SnO2商品化所面臨的巨大挑戰(zhàn)。本文在第三章中介紹了一種制備介孔SnO2納米片材料的溶劑揮發(fā)分子自組裝法，該方法包括溶劑緩慢揮發(fā)引發(fā)的分子自組裝和熱處理兩個過程。表面活性劑F127被用作軟模板以形成豐富的孔道結構。得到的樣品具有柔性二維納米片結構和介孔特性。基于這些形貌結構特性的協同作用，該樣品用于鋰離子電池負極材料表現出了優(yōu)異的電化學儲鋰性能包括可逆容量高且穩(wěn)定，倍率性能好，值得注意的是充放電循環(huán)

4、超過1000次的超長循環(huán)壽命。此外，我們較早的進行了電極材料演化過程分析，即在不同電化學循環(huán)次數后對電池進行拆解，觀察SnO2納米片的結構變化，揭示了該介孔SnO2納米片優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性得益于其穩(wěn)定的二維納米片狀結構和多孔特性。
　　2.關于配位化合物(CP)作為模板合成金屬氧化物的方法，已經開展了許多研究，主要應用于電化學儲能以及催化領域。在本文第四章中，我們首次利用Co的配位化合物作為模板前驅體，采用拓撲化學法轉化成具有層狀結

5、構的Co3O4二維納米片。該材料在二維納米層狀結構和高活性晶面暴露在外部的協同作用下，作為鋰離子電池負極材料展現出了高比容量（0.5Ag-1電流密度下循環(huán)100次比容量達852 mAhg-1）、高倍率性能（1 Ag-1電流密度下循環(huán)100次比容量達597 mAhg-1)以及優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性（超過200次的循環(huán)壽命）。
　　3.本文在第五章中介紹了利用簡單、溫和的溶液法制備單分散二氧化錫納米顆粒與石墨烯自組裝成復合材料SnO2/rG

6、O的方法。通過十二烷基硫酸鈉SDS的輔助，SnO2納米顆粒均勻緊密的沉積到柔性石墨烯載體表面。通過尿素控制SnO2納米顆粒的沉積速度及GO的還原程度。該材料應用于鋰離子電池負極材料，在高倍率下表現出了優(yōu)異的電化學循環(huán)性能，包括0.5 Ag-1電流密度下充放電循環(huán)400次后可逆容量高達1000mAhg-1，1 Ag-1大電流密度下充放電循環(huán)400次以后可逆容量高達560mAhg-1以上。同時，在0.1Ag-1到4Ag-1的充放電電流密度范

7、圍內也表現出了優(yōu)異的倍率性能，4Ag-1大倍率充放電可逆容量高達432mAhg-1。
　　4.本文在第六章中介紹了一步水熱法制備的Fe3O4/rGO納米復合材料的工作，此材料作為鋰離子電池負極材料具有優(yōu)越的電化學性能。在水熱反應中GO還原成納米片狀石墨烯，并在石墨烯片層表面均勻密集的負載Fe3O4納米顆粒。相比于純的Fe3O4納米粒子，引入石墨烯的Fe3O4/rGO納米復合材料擁有更高的可逆容量和更優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，在2