無粘合劑的過渡金屬氧（硫）化物鋰離子電池負極材料的制備及性能研究.pdf

1、作為一種新型的、環(huán)境友好的可再生儲能裝置，鋰離子電池已經(jīng)走入人們的生活。隨著對鋰離子電池性能要求的日益提高，商業(yè)化的負極石墨材料已經(jīng)無法滿足需要，因此尋找比容量高、成本低廉及環(huán)境友好的新材料是當(dāng)今鋰離子電池行業(yè)的共同目標(biāo)。
　　過渡金屬氧（硫）化物不僅具有較高的可逆容量，而且來源豐富、價格低廉，在鋰離子電池領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。但是，過渡金屬氧（硫）化物導(dǎo)電性差、首次不可逆容量損失高，在Li+脫出和嵌入的過程中體積會膨脹等問題，降

2、低了材料的電化學(xué)性能。因此本論文針對過渡金屬氧（硫）化物的上述缺陷，分別從材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、形貌調(diào)控、與碳材料復(fù)合以及采用無粘合劑策略等方面入手，改善過過渡金屬氧（硫）化物的電化學(xué)性能。主要的研究結(jié)果如下:
　　1.利用蠟燭不完全燃燒得到的有機碳物質(zhì)直接吸附在泡沫鎳(Ni foam)上，經(jīng)過煅燒的方法制備了NiO/C/Ni foam納米復(fù)合物材料，直接將其作為無粘合劑的鋰離子電池負極材料。在電流密度為0.2Ag-1時，經(jīng)過770次循環(huán)

3、后，NiO/C Ni foam納米復(fù)合物具有很穩(wěn)定的循環(huán)性能，可逆比容量依然高達710mAhg-1。優(yōu)越的電化學(xué)性能歸因于獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和電極材料與集流體之間的良好接觸，一方面縮短了Li+的擴散路徑，在其表面上快速吸附/解吸Li+，另一方面加速了電子的快速傳遞。收集生活中蠟燭燃燒的煙灰，防止粉塵污染，變廢為寶，為設(shè)計合成其他碳包覆負極材料提供了新的研究思路。
　　2.以泡沫鎳為骨架，通過Gibbs-Wulf方法在泡沫鎳表面生長八角

4、花型的Cu2O，經(jīng)過高溫退火處理使包覆在Cu2O表面的PVP碳化得到八角花型的CuO@C/Ni foam復(fù)合材料，分布在泡沫鎳骨架表面的CuO@C粒徑約為1.5μm。該材料用于鋰離子電池負極材料時，在電流密度為2Ag-1下，首次放電比容量和充電比容量分別達到781和550mAhg-1，經(jīng)過300次的循環(huán)后，其可逆比容量依然可以保持在505mAhg1。碳層的均勻包覆減緩了電極在充放電過程造成的體積粉碎，增加電極的導(dǎo)電性以及循環(huán)性能的穩(wěn)定性

5、。另外，這種多孔的八角花型特殊結(jié)構(gòu)以及無粘結(jié)劑的設(shè)計可以使得材料與有機電解液充分接觸，提高離子的擴散速率，增強電極的電化學(xué)性能。
　　3.以泡沫鎳為骨架和鎳源，硫代乙酰胺作為硫源，通過水熱方法在泡沫鎳表面原位沉積Ni3S2/Ni foam多層納米片陣列，進一步在微波-紫外-超聲波三位一體機內(nèi)包覆石墨烯(GO)，獲得最終產(chǎn)物Ni3S2@GO/Ni foam納米片陣列。這種多層的片狀陣列不僅可以增加鋰離子的儲能位點，而且還可以緩解在充

6、放電過程中因Li+的嵌入與脫出而造成的體積變化，同時泡沫鎳又是電池的集流體，其大孔的金屬骨架可以使得其表面上的活性物質(zhì)很好地被有機電解液潤濕，有利于提高離子的擴散速率，提高電極的電化學(xué)性能。在電流密度高達0.5A g-1時，Ni3S2@GO/Ni foam納米片陣列首次充放電的比容量分別可以達到797.8和1182.3mAh g-1，同時，電流密度為0.2A g-1，充放電循環(huán)120次后，該納米片陣列電極材料的比容量依然可以保持在100