鉍基納米材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的制備與性能研究.pdf

1、鉍基材料具有大的體積比容量(3765 mA hcm-3)和合適的電壓平臺(tái)，使其作為鋰離子電池的負(fù)極材料有很大的應(yīng)用前景。不過(guò)與其他過(guò)渡金屬一樣，鉍在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些缺陷。在鋰離子充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積膨脹(～215％)和結(jié)構(gòu)變化，從而使電極材料粉化導(dǎo)致容量衰減和倍率性能惡化。目前最有效的方法是通過(guò)碳材料改性和納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)樘疾牧喜粌H可以極大的增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)電性，而且可以有效緩解鉍基材料在電化學(xué)過(guò)程中的體積膨脹，進(jìn)而防止鉍基電極

2、材料的破壞和團(tuán)聚，提高其循環(huán)穩(wěn)定性。
　　本論文首先采用水熱法得到石墨烯氣凝膠包覆花狀次碳酸鉍(Bi2O2CO3)的電池負(fù)極材料。研究發(fā)現(xiàn)，三維花狀Bi2O2CO3均勻分散在石墨烯氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)和片層表面，極大地增加了材料的比表面積，增強(qiáng)了負(fù)極材料的電化學(xué)方面的性能。實(shí)驗(yàn)表明，在200mAg-1的電流密度下經(jīng)過(guò)570次循環(huán)，復(fù)合電極材料放電比容量依然可以達(dá)到800.3 mA h g-1，是Bi2O2CO3比容量的3倍。
　　

3、此外，研究了在不同的溫度處理石墨烯氣凝膠包覆Bi2O2CO3復(fù)合的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制溫度可以分別得到Bi2O3-Bi2O2CO3的石墨烯氣凝膠和Bi的石墨烯氣凝膠復(fù)合材料。通過(guò)結(jié)構(gòu)測(cè)試和電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Bi2O3-Bi2O2CO3的石墨烯氣凝膠復(fù)合材料保持了復(fù)合材料原有的微觀結(jié)構(gòu)，而且在200 mA g-1的電流密度下經(jīng)過(guò)500次循環(huán)之后容量依然能達(dá)到765 mA h g-1。在Bi的石墨烯氣凝膠復(fù)合材料中，Bi納米顆粒

4、均勻分散在石墨烯氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)和片層表面。電化學(xué)測(cè)試表明，該材料在200 mA g-1的電流密度下經(jīng)過(guò)700次循環(huán)之后容量依然能達(dá)到236 mA h g-1。
　　進(jìn)一步采用多巴胺包覆花狀次碳酸鉍前驅(qū)體，得到氮摻雜碳包覆花狀Bi納米復(fù)合材料，并研究不同包覆時(shí)間和碳化處理對(duì)復(fù)合材料性能的影響。結(jié)構(gòu)測(cè)試表明，該材料保持統(tǒng)一的花狀結(jié)構(gòu)，而且Bi的納米顆粒均一的分散在碳層內(nèi)部。電化學(xué)測(cè)試表明，多巴胺包覆48h的樣品性能最優(yōu)異，在200 m