幾種鋰電池納米電極材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有能量密度高、環(huán)境友好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)通訊等便攜電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。電極材料是影響鋰離子電池性能的關(guān)鍵。目前，鋰電池中所用的傳統(tǒng)電極材料存在著利用率低、鋰離子擴(kuò)散慢、極化大等問(wèn)題，制約著鋰電池性能的提升。納米材料具有反應(yīng)活性高、有利于電荷傳導(dǎo)和物質(zhì)輸送以及獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，可以有效地提高鋰電池的性能，其組成、結(jié)構(gòu)、形貌與性能之間的關(guān)系需深入研究。因此，本文主要研究了中空Li4Ti5O12、ZnCo2O4納米線和

2、中空LiMn2O4納米管的制備及電化學(xué)性能。主要內(nèi)容如下：
　?。?）以C球?yàn)槟０?，利用水熱法和固相反?yīng)法制備出中空尖晶石型Li4Ti5O12。利用XRD、SEM、TEM和電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)樣品的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能等進(jìn)行了表征及測(cè)試。結(jié)果表明：中空微球的直徑大約為480nm，壁厚大約為50nm。中空微球在不同的電流倍率下，表現(xiàn)出了較好的倍率性能，尤其是0.2C下，首次放電容量達(dá)到174mAh/g，幾乎是Li4Ti5

3、O12的理論容量，在100次循環(huán)以后，容量還能保持在129mAh/g，容量滯留率達(dá)到74％，表現(xiàn)出較好的循環(huán)壽命和循環(huán)穩(wěn)定性。這主要是由于中空結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12縮短了鋰離子的擴(kuò)散路徑，有利于鋰離子的快速脫嵌，能明顯提高材料的動(dòng)力學(xué)性能。
　?。?）運(yùn)用水熱/溶劑熱法制備出了立方體ZnCo2O4，運(yùn)用犧牲模板法制備出了1D結(jié)構(gòu)的ZnCo2O4納米線。對(duì)兩種材料進(jìn)行了FTIR、XRD、SEM、TEM表征和電化學(xué)測(cè)試。結(jié)果表明：得

4、到的為立方相尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnCo2O4。立方體ZnCo2O4顆粒較大，粒徑約為2.5μm，ZnCo2O4納米線顆粒較小，粒徑約為150nm。循環(huán)伏安曲線對(duì)于不同形貌和大小的電極材料具有很強(qiáng)的敏感性。兩種不同形貌材料的電容量的差異主要是由于材料的結(jié)構(gòu)和形貌不同所引起的，納米線由于是中空結(jié)構(gòu)，且表面有很多的孔，顆粒尺寸在納米級(jí)，這能夠極大的縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，提高其動(dòng)力學(xué)性能，從而具有更高的電容量，而立方體顆粒較大，不容易脫嵌鋰，因此具有

5、相對(duì)較低的電容量。
　?。?）運(yùn)用固相反應(yīng)法以α-MnO2作為犧牲模板制備出了尖晶石LiMn2O4中空納米管和摻雜不同含量的Co的Co-LiMn2O4納米管。中空納米管的長(zhǎng)度約為1-3μm，管徑約為175nm，納米管的壁厚約為70nm。通過(guò)摻雜不同含量的Co，確定了最佳的摻雜量(LMO-1)，對(duì)未摻雜的LMO和最佳摻雜的LMO-1進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試并進(jìn)行了性能的比較。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，具有中空結(jié)構(gòu)的LMO納米管具有較好的電化學(xué)性能