金屬氧化物-碳復(fù)合材料電化學(xué)性能的研究及其在儲能材料的應(yīng)用.pdf

1、近年來，對于無機納米材料的電化學(xué)性能及其應(yīng)用方面的研究已逐漸成為當(dāng)今科學(xué)工作者們爭相討論的一個焦點。金屬氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料，因具有理論比容量高、儲量豐富、成本低廉及綠色無污染等特點而受到關(guān)注。但是，此類材料在充放電過程中出現(xiàn)的體積效應(yīng)及導(dǎo)電性較差等問題，依然阻礙著其在儲能材料的應(yīng)用和發(fā)展。碳材料本身具有導(dǎo)電性良好且成本低廉的優(yōu)點，故將金屬氧化物與碳材料復(fù)合是常用到的一種改性方法。因此，本論文設(shè)計制備了幾種金屬氧化物/碳復(fù)合材

2、料，并對其電化學(xué)性能及在鋰離子電池中的應(yīng)用作了相應(yīng)的研究探討。
　　具體內(nèi)容如下：
　　1.鈷酸銅/碳復(fù)合材料電化學(xué)性能的研究及其在儲能材料的應(yīng)用
　　鈷酸銅(CuCo2O4)因具有理論比容量較高及導(dǎo)電性良好等特點而常被用作鋰離子電池的負(fù)極材料。但是 CuCo2O4在充放電過程中易出現(xiàn)容量快速衰減問題，而影響著其實際應(yīng)用，故對于此材料的制備和電化學(xué)性能的改進有待進一步探討?；诖耍ㄟ^一個簡便的水浴方法，使用一種金屬有

3、機框架(MOF)結(jié)構(gòu)為前軀體合成了碳包覆的多孔 CuCo2O4凹多面體復(fù)合物。測試數(shù)據(jù)結(jié)果表明，因碳材料的摻入使得復(fù)合物具有了較大的比表面積和循環(huán)穩(wěn)定性，并在作為鋰離子電池的負(fù)極材料時表現(xiàn)出了優(yōu)越的電化學(xué)性能。我們希望本實驗中，碳包覆的多孔 CuCo2O4凹多面體復(fù)合物的合成過程能夠在鋰離子電池、催化、能源等領(lǐng)域具有更新穎和更廣闊的應(yīng)用前景。
　　2.氧化錳/碳復(fù)合材料電化學(xué)性能的研究及其在儲能材料的應(yīng)用
　　氧化錳(MnO

4、)因具有較高的理論比容量和較低的轉(zhuǎn)換電勢等特點而成為鋰離子電池負(fù)極材料的有力候選者之一。然而，導(dǎo)電性較差依然是制約其應(yīng)用和發(fā)展的主要因素。為解決此難題，通過一個簡單的吸附方法合成了 MnO和碳的復(fù)合物(MnO/Cp)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明MnO/Cp復(fù)合材料的電化學(xué)導(dǎo)電性得到了較大程度的改善，使得其在作為鋰離子電池的負(fù)極材料時呈現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆性。此電極材料在100 mA g-1的電流密度下，經(jīng)過100次充放電循環(huán)后，放電比容量依然

5、能夠保持在1066 mAh g-1。這是由于復(fù)合材料中的碳可以提高材料整體的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，從而使得MnO/Cp獲得較優(yōu)的電化學(xué)性能。該合成過程有可能為鋰離子電池電極材料的發(fā)展提供一種新的思路。
　　3.銻和氧化銻/碳復(fù)合材料電化學(xué)性能的研究及其在儲能材料的應(yīng)用
　　氧化銻(Sb2O3)因具有顯著的動力學(xué)特性及較高的理論比容量而受到研究者們的關(guān)注，但是在鋰離子電池負(fù)極材料的實際應(yīng)用上，也暴露了一些短板，如在充放電過程中出現(xiàn)的

6、體積效應(yīng)。為此，引入了碳并在材料表面形成一層包裹層，期望達(dá)到調(diào)節(jié)復(fù)合材料體積變化的目的。通過一個簡單的溶劑熱法和部分熱還原法，制得了Sb/Sb2O3@C復(fù)合材料，數(shù)據(jù)表明此復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好，故而在作為鋰離子電池負(fù)極材料時顯現(xiàn)出了優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性和其他方面優(yōu)異的電化學(xué)性能。此電極材料即使在500 mA g-1的電流密度下，循環(huán)95圈之后，依然能夠保持467 mAh g-1的比容量。Sb/Sb2O3@C復(fù)合材料在作為鋰離子電池的負(fù)極