文档介绍：华中师范大学
博士学位论文
锂离子电池纳米结构负极材料的制备、表征及性能研究
姓名:乔辉
申请学位级别:博士
专业:有机化学
指导教师:张礼知
20090501
中文摘要⒁許·和哟为主要原料,采用溶剂热法制备具有特殊形貌弹簧状超锂离子二次电池是很有前景的一种电源,而负极材料是制约其整体性能的关键因素之一。面积大、锂离子脱嵌的深度小、离子扩散路径短、大电流充放电时电极极化程度小、可逆容量和恒流充放电等测试手段对材料的结构、形貌及其电化学性能进行了研究。具体研究工作如下:最早商品化的锂离子电池所采用的负极材料几乎都是碳/石墨材料,但由于碳/石墨材料第一次充放电时,会在其表面形成钝化膜,造成容量损失;而且碳的电极电位与锂的电位很接近,当电池过充时,金属锂可能在碳电极表面析出,形成枝晶而引发安全问题和容量降低,因而需要研究开发新型高能锂离子电池负极材料。将纳米材料用作锂离子电池的电极材料已经成为当前一个重要的研究课题。近年来,随着纳米技术的快速发展,纳米合金材料及其复合物在锂离子电池中的应用成为引人注目的研究热点并取得了较大进展,有望成为取代碳类的新一代高性能负极材料。锂离子电池纳米材料与非纳米材料相比,具有许多独特的物理和化学性质,如比表高、循环寿命长等。因此,纳米材料用于锂离子电池可以显著提高电池的比容量和倍率充放电性能,是新一代锂离子电池发展的重要方向。但是,纳米材料应用于锂离子电池负极存在的一个关键问题是在充放电过程中纳米颗粒间的团聚,导致容量衰减快,循环性能差。本论文的主要目的就是针对这一关键问题的科学内涵,制备并研究新型纳米结构负极材料,提出提高锂离子电池纳米负极材料电化学性能的新途径,并阐明纳米结构负极材料增强电化学性能的机理,为纳米结构材料在锂离子电池电极应用提供理论和技术支持。本文首先系统介绍了纳米材料的基本内涵、分类、性质、表征手段等相关技术,以及锂离子电池基本情况和纳米负极材料的研究现状,然后详细地阐述了弹簧状超结构纳米盘、过渡金属氧化物、荚踊⒚浊颉⒑耍墙峁筍颉⒘姿化介孔、金红石相分等级纳米棒微球等材料的制备;并采用、结构篽·擅着蹋⒎直鹜ü齒、、统浞诺缧阅懿馐缘表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征,并探讨了合成条件露取⑹奔等圆牧系钠沸秃托蚊驳挠跋臁=峁砻鳎喝芗寥确从ξ露任℃、反应时间为的量为时所制备得到的样品是由弹簧状超结构纳米盘组成的。弹簧状超结构的长度为~C扛龅勺闯峁苟际怯芍本段的纳米盘组成。电化学性能研究表明弹簧状超结构纳米盘初始充电容量是痝,但是循环性能不好,循环次后可逆比容量仅有⒁訡推咸烟俏V饕T希谝淮伪ǖ懒瞬捎萌琀痝。
并探讨了反应体系值对产物形貌的影响以及热处理温度对材料晶型和电化学性能的影响。结果表明:反应体系为酸性时得到样品形貌为球形,碱性时得到纳米颗粒。溶剂热反应温度在是随着热处理温度的升高,产物由无定形转化为结晶。当在氮气氛下经过却砗缶转化为立方体型结构。电化学性能研究表明经过高温热处理后样品的初始充电容量和循环性能该杂化微米球经过娴F障氯却砗笊珊耍墙峁筍磺颉7直鹜ü齒、。⑶虺跏挤诺缛萘课究表明金红石相分等级纳米棒微球表现出比纳米颗粒更高的可逆比容量、循环稳定结果表明在放电倍率为时充电容量仍可达到剂热法制备过渡金属氧化物、荚踊⒚浊颍直鹜ü齒、、和充放电性能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征,⒎从κ奔湮头从μ逑滴K嵝允彼票傅玫降墓山鹗粞趸、/碳杂化微米球的表面非常光滑,直径大小约为肛>却砗笄虻闹本洞笮∶挥发生变化,但是球的表面变得粗糙。峁允救芗寥确从χ票傅玫降牟锸俏薅ㄐ蔚模都好于溶剂热反应制备得到的前躯体。嫒却砗蟮腃/踊⒚浊虻某跏汲涞缛萘看到痝,而且循环周后容量仍然高达℃热处理后的疌杂化微米球的初始充电容量为痝,循环次后可逆比容量为却砗蟮疌杂化微米球的初始充电容量为痝。结果表明过渡金属氧化物、禾荚踊⒚浊蚴且恢纸虾玫娘胱拥绯馗杭ú牧稀⒁許驼崽俏V饕T希紫炔捎萌芗寥确ㄖ票窼荚踊⒚浊颍缓蠼、和充放电性能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征,并探讨了热处理温度对材料晶型和电化学性能的影响及该材料的生长机理。结果显示溶剂热反应制备得到的产物是无定形的,当在氮气氛下经过嫒却砗缶妥;为四角形。峁允救芗寥确从χ票傅玫降那扒逍蚊彩俏⒚浊颍℃热处理痝,经过次循环后就达到了一个比较稳定的可逆比容量为为痝,表现出较好的电化学性能。⒁訲为主要原料,采用低温制备方法通过谝掖贾写冀夂筒糠炙庵票傅玫金红石相分等级孔纳米棒微球,并分别通过、⒌F迅胶统浞诺缧能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征。峁砻魉票秆品是纯相的金红石相。蚑结果显示所制各样品是由纳米棒组成的直径大小