高性能鋰離子電池金屬氧化物-炭復(fù)合負極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種新型綠色儲能器件在手機、筆記本電腦、電動車以及航空等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。石墨作為鋰離子電池商業(yè)化的負極材料，具有循環(huán)性能穩(wěn)定、循環(huán)壽命長和導(dǎo)電性好等優(yōu)點，但理論容量僅有372 mAh g-1，不能滿足新一代高容量電池的需求。金屬氧化物具有較高的理論容量，然而其較低的導(dǎo)電性和充放電過程的體積膨脹，易導(dǎo)致顆粒破碎，使電容量急劇下降，倍率性能變差。為了進一步提高鋰離子電池的性能，將金屬氧化物與具有一定孔結(jié)構(gòu)的炭材料復(fù)合作為電

2、池的負極材料，一方面可以發(fā)揮金屬氧化物容量高的特性，另一方面也可以發(fā)揮炭材料導(dǎo)電性好的優(yōu)勢，并且將金屬氧化物固定于炭材料的孔結(jié)構(gòu)中，以避免充放電過程中由于體積膨脹而破碎。基于上述分析，本文分別利用活性炭（AC）和介孔炭（CMK-3）制備了CuOx/AC和CoFe2O4/CMK-3復(fù)合材料作為鋰電池負極材料，主要研究結(jié)果如下：
　?。?）AC浸漬Cu(NO3)2，然后經(jīng)350℃焙燒形成的CuOx/AC材料，CuOx顆粒約22.11

3、nm左右，分布均一，且晶相以Cu2O為主；而經(jīng)過甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯催化反應(yīng)后，CuOx顆粒有所增大，晶相以 Cu0為主；進一步低溫烘烤處理后，CuOx顆粒進一步增大，以CuO晶相為主。
　?。?）對CuOx/AC進行電化學(xué)測試，在電流密度為0.1 A g-1下循環(huán)100圈后，第三樣品的可逆容量（621.3 mAh g-1）明顯高于前兩個樣品（分別為446.1 mAh g-1和420.7 mAh g-1），倍率性能也明顯優(yōu)

4、于前兩種樣品；在大電流密度為1 A g-1，循環(huán)500圈后，該樣品的可逆容量仍可達359.6 mAh g-1；證明CuOx/AC作為鋰離子電池負極材料時，Cu初始價態(tài)具有重要的影響。
　　（3）CMK-3浸漬Co(NO3)2和Fe(NO3)3，然后經(jīng)550 oC焙燒制備出不同質(zhì)量比的CoFe2O4/CMK-3復(fù)合材料（5CoFe2O4/CMK-3，6CoFe2O4/CMK-3，7CoFe2O4/CMK-3，8CoFe2O4/CMK

5、-3）。經(jīng)電流密度為0.1 A g-1循環(huán)100圈后可逆容量對比，發(fā)現(xiàn)CoFe2O4/CMK-3復(fù)合材料均優(yōu)于純 CoFe2O4和 CMK-3；其中6CoFe2O4/CMK-3的可逆容量最高（1277.7 mAh g-1）。
　　（4）在6CoFe2O4/CMK-3復(fù)合材料中，氧化物顆粒均勻地分散在CMK-3的表面和孔道內(nèi)部，孔道內(nèi)的顆粒尺寸大約為2.11 nm。循環(huán)100圈后，其孔道結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)亦保持有序穩(wěn)定。在大電流密度1