【摘要】：近年來,鋰離子電池因其在能量密度、循環(huán)壽命、工作電壓等方面的諸多優(yōu)勢而被廣泛應用于各種電子設備之中。然而基于石墨的傳統(tǒng)負極材料因為其過放性能差、倍率性能差等問題已經逐漸無法滿足人們日益增長的需求。特別是在電動汽車問世之后,這一問題變得更加突出。因此,高容量、高安全性新型鋰離子電池負極材料的研發(fā)就顯得尤為迫切。在眾多鋰離子電池負極材料中,過渡金屬氧族化合物因為理論容量高、儲藏豐富、無污染等優(yōu)點而備受關注,具有很大的潛在應用價值。然而過渡金屬氧族化合物較低的首次循環(huán)效率、較短的短循環(huán)壽命嚴重制約了其作為鋰離子電池負極材料的應用。針對上述問題,本文從材料結構的設計出發(fā),通過制備具有特定結構的納米材料,與導電材料復合以及在材料中引入缺陷等方法來提升材料的離子遷移速率和電導率,延長電池的循環(huán)壽命。主要研究內容和創(chuàng)新成果如下:一、多孔MnCo_2O_4納米棒的制備及電化學性能研究。以草酸作為沉淀劑,利用共沉淀的方法制備了Mn_(0.33)Co_(0.67)C_2O_4納米棒,將得到的前驅體置于馬弗爐中在不同溫度下處理,從而獲得多孔MnCo_2O_4納米棒。以所制備MnCo_2O_4納米棒(MCO)作為鋰離子電池負極材料時,充放電循環(huán)700次后其可逆容量仍可維持在1620mAhg~(-1)(電流密度:0.4Ag~(-1))。此外,所制備的MnCo_2O_4納米棒還表現出良好的倍率性能,將電流密度增加至30Ag~(-1)時,其可逆容量仍可達533mAhg~(-1)。二、α-Fe_2O_(3-δ)納米顆粒的制備及電化學性能研究。利用溶膠凝膠法制備了FeOOH與聚合物復合的前驅體。繼而利用碳熱還原的方法,以材料在熱分解過程中生成的碳作為還原劑,通過部分還原材料中的Fe(III)的方法,制備了包含氧缺陷的α-Fe_2O_3納米顆粒。氧缺陷的引入對材料的電化學性能有著極大地提升,特別是在容量、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性等方面。在2C(2014mAg~(-1))的電流密度下,充放電循環(huán)400次后,所制備材料的可逆容量仍然維持在1252mAhg~(-1)。將電流密度提升至40C時,其可逆容量仍可維持在188mAhg~(-1)。三、α-Fe_2O_(3-δ)納米結構的制備及電化學性能研究。在考慮氧缺陷引入對于電化學性能影響的基礎上,我們進一步考慮氧缺陷對材料結構穩(wěn)定性的影響。利用水熱法一步制備具有氧缺陷的α-Fe_2O_(3-δ)納米結構。該方法中,我們選擇以檸檬酸鈉為還原劑,并且加入適量丙烯酰胺作為形貌控制劑,在水熱條件下通過部分還原三價鐵離子的方法實現了氧缺陷的引入。利用這種方法制備的α-Fe_2O_(3-δ)納米材料表現除了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。在電流密度為400mAg~(-1)時,充放電循環(huán)800次后其可逆容量仍高達1192.4mAhg~(-1)。四、Co_9S_8/N-C空心球的制備及電化學性能研究。首先利用室溫反應合成了ZIF-67空心球,隨后通過原位碳化及硫化的方法將ZIF-67轉變?yōu)榱薈o_9S_8/N-C空心球納米球。所制備的空心球中,Co_9S_8納米顆粒均勻分散于N摻雜的C中,從而構成了復合的空心納米結構。所制備的空心納米結構在用作鋰離子電池負極材料時,表現了優(yōu)異的電化學性能。在電流密度為1C(544mAg~(-1))時,充放電循環(huán)400次后,其可逆容量仍然高達784mAhg~(-1)。
【圖文】：

圖 1-1 CoO 納米線在銅箔表面的生長機理。 Schematic illustration of the formation of CoO nanowires on co人利用類似的方法，，成功的讓 FeOOH 納米片生長之后通過在保護氣中煅燒得到了多階層的多孔 α-F 2 C (2.01 A g-1)的電流密度下，仍能保持 877.7 m電流密度提升至 20 C (20.1Ag-1)時，可逆容量仍然。

圖 1-1 CoO 納米線在銅箔表面的生長機理。1 Schematic illustration of the formation of CoO nanowires on co人利用類似的方法，成功的讓 FeOOH 納米片生長之后通過在保護氣中煅燒得到了多階層的多孔 α-F在 2 C (2.01 A g-1)的電流密度下，仍能保持 877.7 m電流密度提升至 20 C (20.1Ag-1)時，可逆容量仍然。
【學位授予單位】：安徽師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TM912

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