高容量鋰電池納米電極材料合成表征與電化學性能研究.pdf

1、植入式醫(yī)療器件、電動汽車和通訊器材等移動式應用領域的快速發(fā)展，為鋰一次和鋰二次電池帶來了前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。高容量、長壽命、高安全性的電極材料是鋰電池領域研究的重點。目前鋰電池中所用的傳統(tǒng)電極材料存在著利用率低、鋰離子擴散慢、極化大等問題，制約著鋰電池性能的提升。納米材料具有反應活性高、有利于電荷傳導和物質(zhì)輸送以及獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，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。另一方面，以α－CuV2O6為代

2、表的過渡金屬釩酸鹽和Si是極具潛力的鋰電池電極材料。因此，本論文開展了過渡金屬釩酸鹽和Si納米/微米材料的可控制備、表征與電化學性能研究。主要內(nèi)容如下：
　　 采用水熱法可控制備出α－CuV2O6一維納米/微米材料，獲得了α－CuV2O6納米線“奧斯特瓦爾德熟化－分裂”的形成機理，詳細研究了α—CuV2O6納米線的嵌鋰機理和電化學性能。結(jié)果表明：α－CuV2O6納米線由于具有比表面積大、鋰離子固態(tài)擴散路徑短等優(yōu)勢，電化學性能得到

3、顯著提高，在20 mA/g電流密度下的放電比容量達到514 mAh/g，電荷傳輸反應表觀活化能為39.3～35.7 kJ/mol，明顯優(yōu)于α-CuV2O6亞微米線、微米棒以及塊狀顆粒，在鋰一次電池中表現(xiàn)出潛在的應用前景。
　　 通過水熱-熱處理兩步反應可控制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的FeVO4納米棒和納米顆粒，這種多孔材料顯示出較高的放電容量和較好的循環(huán)性能，特別是FeVO4多孔納米棒循環(huán)20周后，放電容量仍能達到760 mAh/g，在

4、鋰二次電池負極材料中具有潛在的應用。進一步采用水熱法可控制備得到了CoV2O6納米線和Co2V2O7微米片，并對其電化學性能進行了初步探討。
　　 采用改進的溶劑熱方法制備得到了Si納米空心球，并開展了其電化學性能研究。實驗發(fā)現(xiàn)：Si納米空心球結(jié)構(gòu)能有效緩沖充放電過程中體積膨脹所產(chǎn)生的應力，提高了循環(huán)性能，在2000 mA/g電流密度下循環(huán)48周后，Si納米空心球放電容量仍然達到1095 mAh/g，為鋰二次電池性能的提升提供了