鎢基微納復(fù)合材料的設(shè)計、制備及儲能性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為綠色的儲能裝置，因擁有較高的工作電壓、較長的使用壽命、無記憶效應(yīng)等優(yōu)勢，而被普遍的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。但是，在現(xiàn)在這個物聯(lián)網(wǎng)時代，隨著無線射頻技術(shù)、感應(yīng)器、智能衣服、智能包裝等興起，商業(yè)化鋰離子電池已達不到要求。過渡金屬氧化物擁有較高的理論容量、來源豐富、價格便宜，特別是混合過渡金屬氧化物中不同金屬離子之間的協(xié)同作用有助于容量的進一步提升，被廣泛的認(rèn)為是最有應(yīng)用價值的鋰離子電池負(fù)極材料之一。然而，氧化物本身導(dǎo)電性差，在充放電過

2、程中易發(fā)生體積膨脹等問題限制了其實際應(yīng)用。通過巧妙的設(shè)計合成過程，制備具有穩(wěn)定微納結(jié)構(gòu)的混合過渡金屬氧化物可以有效的緩解上述問題。另外，探究具有特殊結(jié)構(gòu)的混合過渡金屬氧化物的生長機制可以指導(dǎo)合成其他的相關(guān)材料。
　　另外，鋰硫電池作為另一個先進的可逆充電電池，其憑借較高的理論比容量(1675 mA h/g)、儲量豐富、無污染等優(yōu)勢逐漸登上新能源儲存的舞臺。就目前的研究現(xiàn)狀來看，影響鋰硫電池商業(yè)化的主要問題是硫和相應(yīng)的放電產(chǎn)物的絕緣

3、性、長鏈多硫化鋰的溶解等。通過雜原子摻雜及無機分子功能化后的碳材料，可以有效的固定多硫化物，減小穿梭效應(yīng)。合理的制備具有高導(dǎo)電性、高載硫量的正極材料，成為鋰硫電池發(fā)展的需要。本論文主要通過水熱法和回流方法來實現(xiàn)鎢基微納復(fù)合材料的可控制備，并研究其作為電極材料的電化學(xué)性能，論文的主要內(nèi)容包括:
　　(1)首次在不添加任何表面活性劑的前提下，通過兩步水熱法成功的合成了ZnWO4六角星結(jié)構(gòu)(HHMs)。通過TEM、SEM和XRD等表征手

4、段分析在不同反應(yīng)時間下，中間產(chǎn)物的組成、形貌和相的變化?；谏鲜鼋Y(jié)果和分析，提出了原位形成和晶格相融的生長機制解釋3D六角星形結(jié)構(gòu)的形成過程。將其作為鋰離子電池負(fù)極材料進行電化學(xué)性能測試，倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已報道的文獻，這主要是因為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且結(jié)晶度高，而且不同金屬離子之間的協(xié)同效應(yīng)，可以緩解充放電過程中體積膨脹，提供更多的活性位點。在循環(huán)90圈之后，通過SEM表征，發(fā)現(xiàn)六角星形結(jié)構(gòu)保留完整，進一步說明了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)對電化學(xué)性能有

5、著重要的作用。
　　(2)首次通過簡單低溫回流的方法制備了W2C與N、P摻雜的石墨烯的復(fù)合材料。高溫還原后的石墨烯具有較高的導(dǎo)電性，可以提高電子傳輸效率。雜原子摻雜及W2C將石墨烯進行功能化，將W2C@N/P-rGO復(fù)合材料作為硫的載體進行鋰硫電池性能測試，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性，載硫量高達68％時，在1C(1 C=1675mA/g)的電流密度下，循環(huán)500圈之后，放電比容量能維持在大約400 mA h/g。高載硫量、優(yōu)異的電