二維過渡金屬氧化物納米陣列的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、高新電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和新能源電動(dòng)汽車的日益龐大的市場需求，使得研究高能量密度，高功率密度以及超長使用壽命的鋰離子電池迫在眉睫。其中對(duì)于電極材料的研究尤為重要。在諸多負(fù)極材料中，過渡金屬氧化物，以其廉價(jià)易得，無毒環(huán)保，較高的能量密度等優(yōu)勢，被人們廣泛關(guān)注。但是由于電極材料自身導(dǎo)電性差，直接導(dǎo)致了該類材料較差的倍率性能;另外，在充放電過程中的體積膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致材料本體粉化，影響電池整體的循環(huán)壽命。為了解決上述問題，可以對(duì)材料進(jìn)行微納結(jié)構(gòu)的

2、構(gòu)筑，或與導(dǎo)電性良好的材料進(jìn)行復(fù)合等方式，來實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬氧化物負(fù)極材料的改性。近來，二維(2D)超薄材料具有比表面積和獨(dú)特的理化性質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，在電化學(xué)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域引起廣泛的研究興趣。本論文通過拓?fù)滢D(zhuǎn)變的方式實(shí)現(xiàn)了二維超薄過渡金屬氧化物納米陣列的可控制備，并系統(tǒng)地研究了二維超薄納米結(jié)構(gòu)材料與其儲(chǔ)鋰性能的本質(zhì)關(guān)聯(lián)，提出了利用有序陣列優(yōu)化儲(chǔ)鋰環(huán)境，降低材料維度來提升儲(chǔ)鋰活性的思想。論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)二維無定形Fe2O3納

3、米陣列負(fù)極材料構(gòu)筑及其鋰離子電池性能研究:首先采用超快速的恒電壓沉積的方法制備Fe(OH)3納米陣列前體，再通過高溫焙燒得到了二維無定形Fe2O3納米陣列。對(duì)照實(shí)驗(yàn)采用用水熱法制備鐵磁礦FeOOH納米線，通過高溫焙燒得到二維納米帶狀Fe2O3。在0.1A g-1的電流密度下，進(jìn)行循環(huán)穩(wěn)定性測試，經(jīng)過60次循環(huán)，保持初始比容量的90％左右，從開始的1208.3降為了1086.1mAh g-1，而納米帶狀材料比容量衰減為初始容量的50％左右

4、(～600mAh g-1)。在1Ag-1的大電流下循環(huán)1000次后，納米陣列和納米帶狀材料的比容量分別保持為630和170mAh g-1。通過系列電化學(xué)測試證明，二維納米陣列有著更高的比容量，優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，這一結(jié)果表明二維納米陣列結(jié)構(gòu)的有著獨(dú)特的儲(chǔ)鋰優(yōu)勢。
　　(2)二維超薄Co3O4納米陣列負(fù)極材料構(gòu)筑及其鋰離子電池性能研究:采用超快速電合成的方法，制備了厚度分布從10nm到2nm的前體CoⅡCoⅢ-LDH納米陣列

5、，通過焙燒制備了不同厚度Co3O4超薄納米陣列，成功實(shí)現(xiàn)了有序的片狀納米陣列厚度和孔道分布的精細(xì)調(diào)控。電化學(xué)性能測試證明具有超薄厚度(～3nm)和大量介孔的Co3O4-T2納米陣列具有優(yōu)異LIB的電化學(xué)性能，在0.1A g-1下具有2019.6mAh g-1的高比容量，良好的倍率性能和顯著的循環(huán)穩(wěn)定性，在第80次循環(huán)后比容量仍然保持在1576.9mAh g-1。而較厚的片結(jié)構(gòu)(～10nm)出現(xiàn)了活性位點(diǎn)利用低下,比容量較低的問題和過薄的