幾種三元金屬氧化物的結構設計及電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于其高的能量密度、長的使用壽命及無記憶效應等優(yōu)點受到了研究者的廣泛關注。近年來，作為重要的能源儲能及供給裝置已經大量應用于智能電網、便攜式電子設備、混合/純電動汽車及其他環(huán)保電子設備中。為了滿足日益增長的需求，急需要開發(fā)具有低成本、高安全性及高能量密度的鋰離子電池，而這些性能與電極材料的選取密切相關。負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，目前，商用石墨類材料由于低的能量密度及安全性差等問題已經不能滿足下一代鋰離子電池的需求。

2、三元金屬氧化物由于其優(yōu)異的電化學性能、低成本及環(huán)保等優(yōu)點成為了一種非常有前景的電極材料。然而，在循環(huán)過程中巨大的體積變化導致的材料粉碎阻礙了它的進一步發(fā)展。
　　本研究主要內容包括：⑴采用兩步法合成了由介孔單晶CoMn2O4納米片自主裝的分層空心微花。首先采用溶劑熱法合成了CoMn-醇酸鹽前驅體，其次將前驅體在空氣中500℃煅燒處理就得到了目標產物。研究發(fā)現，去離子水在分層空心微花結構的形成中扮演著至關重要的角色，當反應體系中不加

3、去離子水時，形成的是納米片結構，當加入去離子水時，形成了分層空心微花。依據一系列的基于時間的實驗，我們探究了分層空心微花的可能形成機理。實驗結果表明：分層空心微花的形成是典型的自內向外的奧斯特瓦爾德熟化過程。鑒于 CoMn2O4特殊的結構，將其用于鋰離子電池負極材料，小電流密度100 mA g-1下，100次循環(huán)后，可逆容量高達915 mA h g-1,更重要的是在大電流密度1000 mA g-1下，初始放電容量高達1024 mA h

4、g-1，500次循環(huán)后，容量依然保持650 mA h g-1，對應的庫倫效率為98.7％,表現出了出色的循環(huán)性能。⑵以Zn(CH3COO)2·2H2O和GeO2為原料，乙二胺為螯合劑和結構導向劑，CTAB為表面活性劑，用一步水熱法合成了捆束狀的Zn2GeO4。使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等測試手段對樣品的物相組成、結構和形貌進行表征和分析，研究了乙二胺和CTAB的濃度對Zn2GeO4形貌的

5、影響。結果表明，乙二胺和CTAB的濃度對捆束狀Zn2GeO4的合成至關重要，當乙二胺為0.16 mol，CTAB為0.109 g時，產物為Zn2GeO4納米棒自組裝的捆束狀分層結構，該結構中間部分直徑約為2μm，長度約為8μm。將捆束狀的Zn2GeO4用作負極材料時，在電流密度100mAg-1下，首次放電/充電容量1774/1107mA h g-1，60次循環(huán)后放電容量為776mA h g-1，庫倫效率高達99%，表現了優(yōu)異的循環(huán)性能。

6、⑶以碳微球為模板，通過溶劑熱法及隨后的煅燒處理得到中空的NiCo2O4納米微球，通過X射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對樣品的組成及形貌進行了表征，結果表明：制備的NiCo2O4中空微球具有高度的結晶性，粒徑為300nm,空心球壁厚為30nm，當用作鋰離子電池負極材料時，在1000mAg-1電流密度下，首次放電容量達到了1360mAhg-1，循環(huán)250次后，容量高達585mAhg-1，庫倫效率為99%，表現出了優(yōu)異的循環(huán)性能