【摘 要】
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随着各种移动式电子设备以及电动汽车、混合动力汽车的发展,对为其提供能量的锂离子电池性能提出了更高的要求.传统的碳系负极材料在比容量、比能量等方面都已经不能满足下一代新型锂离子电池负极材料的需要,因此需要开发新型非碳负极材料以满足未来需求.本文针对作为锂离子电池负极材料的金属氧化物存在的首次不可逆容量较高、颗粒形状对电化学性能的影响以及金属间化合物存在的问题,以几种典型的金属氧化物和金属间化合物作为研究对象,分别制备和研究了纳米金属复合金属氧化物、金属氧化物颗粒形状和纳米金属间化合物的电化学性能.
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随着各种移动式电子设备以及电动汽车、混合动力汽车的发展,对为其提供能量的锂离子电池性能提出了更高的要求.传统的碳系负极材料在比容量、比能量等方面都已经不能满足下一代新型锂离子电池负极材料的需要,因此需要开发新型非碳负极材料以满足未来需求.本文针对作为锂离子电池负极材料的金属氧化物存在的首次不可逆容量较高、颗粒形状对电化学性能的影响以及金属间化合物存在的问题,以几种典型的金属氧化物和金属间化合物作为研究对象,分别制备和研究了纳米金属复合金属氧化物、金属氧化物颗粒形状和纳米金属间化合物的电化学性能. 金属氧化物具有较大的嵌锂理论容量,但是由于在循环过程中不可逆的生成Li<,2>O导致了较高的首次不可逆容量.过渡金属纳米颗粒可以催化促进Li<,2>O的分解.本文研究了制备金属氧化物/过渡金属颗粒(ZnO/Ni)复合材料作为锂离子电池负极材料以降低金属氧化物的首次不可逆容量.研究表明Ni的加入可以有效的提高ZnO的电化学性能,首次库仑效率从49.5﹪提高到了75﹪,稳定的可逆容量从130 mAh g<-1>提高到490mAh g<-1>. 金属氧化物颗粒的大小和形状对其电化学性能有很大的影响,为了研究颗粒形状对其电化学性能的影响,本文制备了正方形和星形Cu<,2>O颗粒.研究表明正方形Cu<,2>O颗粒比星形Cu<,2>O颗粒的电化学性能优异.星形Cu<,2>O颗粒在循环过程中由于不能承受循环过程中产生的内应力导致粉化分解,循环性能较差.而正方形Cu<,2>O颗粒能在循环过程中能保持原来的形貌,循环性能很好,在0.2 C和0.5 C不同的倍率下放电,50次后的容量保持率均在97﹪以上. 金属间化合物FeSn<,2>作为锂离子电池负极材料的研究引起了广泛的重视,为了更加简便和廉价地制备纳米金属间化合物颗粒,本文用化学还原法和溶剂热法成功地制备了纳米FeSn2颗粒,并对各自的电化学性能进行了测试.用化学还原法制备的纳米FeSn2颗粒呈球形但团聚,颗粒的尺寸约为30～70 nm.用溶剂热法制备的纳米FeSn<,2>颗粒呈现单分散的球状结构,其中颗粒的尺寸为80 nm,且颗粒的尺寸分布均匀.两种不同方法制备的纳米FeSn<,2>颗粒都具有500 mAh g<-1>的可逆容量,但是由于用溶剂热法制备的纳米FeSn<,2>颗粒比化学还原法制备的纳米FeSn2颗粒有更好的结晶性,因此具有更好的电化学循环性能.
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