具有納米結(jié)構(gòu)的銅、鐵、釩氧化物的合成及電化學(xué)性能表征.pdf

1、鋰離子電池在動力汽車和混合動力汽車的應(yīng)用前景增加了對高容量高功率鋰離子電池電極材料的研發(fā)需求。將納米技術(shù)運(yùn)用于鋰離子電池的電極材料的制備和應(yīng)用中，已經(jīng)成為當(dāng)前一個重要的研究課題，并取得了較大的進(jìn)展。
　　 納米電極材料與非納米材料相比，具有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如比表面積大，電化學(xué)活性高，離子擴(kuò)散路徑短，大電流充放電時電極極化程度小，倍率性能高等。將納米材料應(yīng)用于鋰離子電池可以顯著提高電池的實(shí)際比容量和倍率充放電性能，是鋰離子

2、電池發(fā)展的重要方向。但是，納米電極材料同樣也存在一些缺點(diǎn)，如充放電過程中納米粒子的團(tuán)聚，以及與電解液之間的副反應(yīng)等，會導(dǎo)致電池的容量衰減和循環(huán)性能較差。本論文主要是針對這一問題，提出了采用納米/微米復(fù)合結(jié)構(gòu)的解決方案：即將納米材料的優(yōu)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的微米球形粒子相結(jié)合。本論文工作采用多種制備手段，合成了具有納米結(jié)構(gòu)的多種微米材料，使之兼具納米和微米材料兩者的優(yōu)點(diǎn)，得到了具有優(yōu)異電化學(xué)性能的電極材料。
　　 在論文的第一章，主要

3、回顧了鋰離子電池的發(fā)展簡史，簡要介紹了鋰離子電池的工作原理，并重點(diǎn)論述了納米電極材料的研究現(xiàn)狀及所使用的納米材料的合成方法以及電池電極材料的熱安全性能測試的研究進(jìn)展。
　　 第二章重點(diǎn)介紹了本論文中所用到的實(shí)驗(yàn)試劑、儀器及使用方法，并詳細(xì)介紹了常用電化學(xué)和結(jié)構(gòu)檢測手段。
　　 在第三章中，利用水熱法合成了蒲公英狀中空CuO微米球。該方法能夠在低溫下很便捷的得到粒徑大小均一，具有蒲公英狀外形，中空結(jié)構(gòu)的微米球顆粒。

4、　　 所得到的樣品具有非常良好的電化學(xué)性能，在小電流下能得到大于600 mAh g-1的可逆容量。比之前文獻(xiàn)報道的CuO 負(fù)極材料的容量（約400 mAh g-1）有了大大的提高。因此得出結(jié)論，具有納米結(jié)構(gòu)的微米球比單純的微米球或者納米粒子的電化學(xué)性能優(yōu)異。
　　 在第四章中，主要通過改進(jìn)傳統(tǒng)的溶液法合成工藝，將模板法與溶液法相結(jié)合，在溶液合成中，引進(jìn)了一種簡單可消耗的模板—商品Zn微米球，合成微米大小的CuO 納米帶團(tuán)簇。該

5、方法優(yōu)點(diǎn)在于，能夠通過控制所加入的模板來控制所得到的樣品的大小，且模板能夠簡單的通過濃NaOH 溶液溶解而除去。該納米帶團(tuán)簇與第3 章中所研究的CuO 蒲公英球同樣具有非常良好的電化學(xué)性能，且可逆容量損失更低。與此同時，由于納米帶狀的特性，該樣品同時具有優(yōu)良的倍率性能，在7C 放電下，能得到約410 mAh g-1的容量，遠(yuǎn)比目前商品化常用的石墨負(fù)極的理論容量（372 mAh g-1）高。
　　 第五章中，是有關(guān)具有納米結(jié)構(gòu)的α

6、-Fe2O3和Fe3O4的合成及電化學(xué)性能表征。首先用乙二醇作為溶劑和還原劑，采用溶劑熱法合成了單分散的納米球組裝的花狀微米球的磁性材料Fe3O4。并采用水熱法，通過改變源物質(zhì)的濃度來合成不同形貌的α-Fe2O3 負(fù)極材料，進(jìn)一步驗(yàn)證了納米/微米復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料作為鋰離子電池電極材料具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　 在第六章中，主要研究了單分散多孔的釩氧化物的制備和表征。首先，用簡單的溶液水解法得到大小均一的含吡啶的水合釩氧化物球體（

7、VOPs）?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)合成過程中加入的水量以及混合溶液中吡啶的含量，來控制所得到的樣品的粒徑大小。再通過一系列的熱處理，可以得到不同氧化態(tài)的多孔結(jié)構(gòu)的釩氧化物球形粒子，與此同時，還能保持原有VOPs 粒子的單分散性。利用各種分析測試手段對產(chǎn)物的形貌，組成，結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并且研究了V2O5的電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，具有多孔結(jié)構(gòu)的V2O5 亞微米球具有非常優(yōu)異的倍率性能。
　　 另外通過低溫性能的測試，表明這種結(jié)構(gòu)的材料同

8、樣具有甚至超過之前文獻(xiàn)報道的的納米棒狀材料的低溫性能。
　　 鋰離子電池的安全性能至關(guān)重要，因此對鋰離子電池的各體系的熱釋放研究很有必要。而目前為止，對于過渡金屬氧化物作為負(fù)極材料，在反應(yīng)過程中的熱釋放行為未見報道，而了解這部分熱效應(yīng)對于最終將過渡金屬氧化物推向?qū)嶋H應(yīng)用非常關(guān)鍵。因此在第七章，我們主要以之前合成的蒲公英狀的CuO微米球、亞微米花狀Fe3O4 為模型，研究具有納米結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物在充放電過程中的實(shí)時熱釋放，發(fā)現(xiàn)