多孔納米氧化銅鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有輸出電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)和綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)便攜式電子設(shè)備，同時(shí)作為動(dòng)力電池逐漸向電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域拓展，并在新能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，目前商業(yè)化的鋰離子電池主要以石墨為負(fù)極，理論比容量低，將不能滿(mǎn)足飛速發(fā)展的高性能應(yīng)用需求。金屬氧化物因其比容量高、儲(chǔ)量豐富和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)成為潛在的石墨替代型負(fù)極材料。但是，儲(chǔ)存鋰過(guò)程中較大的體積膨脹以及本征導(dǎo)電性差等問(wèn)題，一直制約著金屬氧化物負(fù)

2、極材料的電化學(xué)性能。
　　多孔電極材料具有高比表面積和多孔隙結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，有利于Li+的擴(kuò)散、電荷的傳輸和體積膨脹的釋放，將顯著提升金屬氧化物負(fù)極材料的電化學(xué)性能。本論文以典型的金屬氧化物CuO為研究對(duì)象，基于多孔電極材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了幾種新的氫氧化物熱分解、碳酸鹽輔助水熱和復(fù)合碳酸鹽高溫?zé)岱纸饧夹g(shù)，設(shè)計(jì)和制備了不同多孔CuO納米材料，并結(jié)合氧化石墨烯、四氧化三鈷復(fù)合修飾，優(yōu)化CuO鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。論文的主要研究

3、工作如下:
　　(1)基于氫氧化物的介穩(wěn)性，開(kāi)發(fā)了一種以干燥介質(zhì)調(diào)控氫氧化銅自組裝，可控制備CuO多孔結(jié)構(gòu)和納米晶自組裝結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)便方法，提升了CuO負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。以Cu(OH)2納米棒為前驅(qū)體，通過(guò)干燥介質(zhì)水和乙醇的干預(yù)調(diào)控并結(jié)合后續(xù)熱處理成功制備了多孔CuO納米片和納米晶自組裝CuO納米棒，作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)都表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，多孔CuO納米片在67.4mAg-1電流密度下循環(huán)150次后，可逆比容量為576

4、mAh g-1。
　　(2)基于Cu2(OH)2CO3的化學(xué)活性，開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便、靈活的碳酸鹽輔助水熱法，一步實(shí)現(xiàn)碳酸鹽納米顆粒的自堆積、熱分解以及奧氏熟化過(guò)程制備多孔CuO微球。以Cu2+與Na2CO3共沉淀合成的Cu2(OH)2CO3納米顆粒為前驅(qū)體，經(jīng)水熱處理合成了直徑為1.5～2.5μm的多孔CuO微球，采用控制溶液離子強(qiáng)度方法引入氧化石墨烯復(fù)合修飾，獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的CuO/GO復(fù)合結(jié)構(gòu):在電流密度0.5C下循環(huán)500

5、次后可逆比容量為500 mAh g-1，容量保持率達(dá)80.0％，循環(huán)1000次后比容量為420 mAh g-1，即使在高倍率4C下其比容量依然保持為354mAh g-1。
　　(3)針對(duì)不同金屬氧化物間的協(xié)同儲(chǔ)鋰效應(yīng)，開(kāi)發(fā)了一種基于不同碳酸鹽協(xié)同自組裝效應(yīng)的復(fù)合碳酸鹽前驅(qū)體高溫?zé)岱纸夥?，成功制備了多孔CuO/Co3O4復(fù)合分級(jí)結(jié)構(gòu)，顯著提高了CuO負(fù)極的儲(chǔ)鋰比容量。以CuCl2·2H2O為銅源， Co(NO3)2·6H2O為鈷源，