鋰離子電池過渡金屬氧化物-碳納米管雙納米復(fù)合負(fù)極材料研究.pdf

1、鋰離子電池自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，由于其具有較高的工作電壓、高的能量密度、綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。目前，商業(yè)化的鋰離子電池已經(jīng)用于手機(jī)，便攜式筆記本、數(shù)碼相機(jī)等。石墨是商業(yè)化鋰離子電池中廣泛采用的負(fù)極材料。它具有來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但是由于其存在容量偏低(理論容量為372 mAh/g)，壽命短，安全性差等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的能源需求。因此，一些研究者開始探索比容量更高，價(jià)格更低廉，倍率性能更好，循環(huán)壽命更長(zhǎng)，更

2、安全的負(fù)極材料。
　　近年來(lái)，過渡金屬氧化物以較高的比容量和安全性能而備受關(guān)注，但是其在充放電過程中發(fā)生劇烈的體積膨脹，導(dǎo)致電極材料粉末化，電極坍塌，最終可逆容量迅速下降。另外，由于其電子電導(dǎo)率低導(dǎo)致其在高倍率下的放電性能也很差。目前提高過渡金屬氧化物電性能的主要方法有:制備納米材料，包覆或摻雜碳材料形成復(fù)合材料等。這些方法過程相對(duì)復(fù)雜，難以控制，或者原料昂貴，所以都難以大規(guī)模制備。
　　本論文采用簡(jiǎn)單的真空浸漬法制備了多種

3、過渡金屬氧化物和碳納米管的雙納米復(fù)合材料，探索并優(yōu)化了制備的工藝過程，研究了材料的電性能。結(jié)果表明，碳納米管在復(fù)合材料巾可以充當(dāng)緩沖基質(zhì)的作用，它不僅能緩解納米顆粒在充放電循環(huán)中的體積膨脹，而且還能抑制晶粒的長(zhǎng)大，增強(qiáng)活性利料的導(dǎo)電性，從而顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率放電性能。本論文研究的主要內(nèi)容如下:
　　1、通過真空浸漬法及后續(xù)煅燒過程制備了一氧化錳/碳納米管復(fù)合材料。經(jīng)過對(duì)燒結(jié)溫度、配比的優(yōu)化，篩選出最優(yōu)的工藝條件為:煅燒

4、溫度為300℃，配比為1∶2。測(cè)試結(jié)果表明復(fù)合材料中MnO的晶粒大約為18 nm，均勻的分散在碳納米管管壁上。復(fù)合材料表現(xiàn)出比較高的初始比容量(1455 mAh/g)，第二次循環(huán)后，可逆容量持續(xù)上升，直至大約第50個(gè)循環(huán)。至100循環(huán)時(shí)可逆容量仍可達(dá)1202 mAh/g。
　　2、采用真空浸漬法合成出了二氧化錳/碳納米管的復(fù)合材料，并優(yōu)化了最佳的工藝條件:煅燒溫度為200℃，配比為1∶2。結(jié)果表明，復(fù)合材料中的二氧化錳顆粒約為14

5、.88nm，并均勻的分散在碳納米管管壁上。電性能結(jié)果表明，復(fù)合材料的初始容量超過1700mAh/g，100次循環(huán)后可逆容量為922 mAh/g。
　　3、采用真空浸漬法制備出了二氧化鈰/碳納米管的復(fù)合材料，經(jīng)過對(duì)不同煅燒溫度、不同配比所得復(fù)合材料的電化學(xué)測(cè)試表明，最佳煅燒溫度為200℃，配比為1∶1。結(jié)果表明，復(fù)合材料中二氧化鈰的晶粒只有11納米，比較均勻的分散在碳納米管管壁上。電性能測(cè)試結(jié)果表明，首次放電容量為756 mAh/g