二維過渡金屬氧化物納米陣列的制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、高新電子技術的迅猛發展和新能源電動汽車的日益龐大的市場需求，使得研究高能量密度，高功率密度以及超長使用壽命的鋰離子電池迫在眉睫。其中對于電極材料的研究尤為重要。在諸多負極材料中，過渡金屬氧化物，以其廉價易得，無毒環保，較高的能量密度等優勢，被人們廣泛關注。但是由于電極材料自身導電性差，直接導致了該類材料較差的倍率性能;另外，在充放電過程中的體積膨脹，進而導致材料本體粉化，影響電池整體的循環壽命。為了解決上述問題，可以對材料進行微納結構的

2、構筑，或與導電性良好的材料進行復合等方式，來實現對金屬氧化物負極材料的改性。近來，二維(2D)超薄材料具有比表面積和獨特的理化性質的優點，在電化學能量存儲和轉換領域引起廣泛的研究興趣。本論文通過拓撲轉變的方式實現了二維超薄過渡金屬氧化物納米陣列的可控制備，并系統地研究了二維超薄納米結構材料與其儲鋰性能的本質關聯，提出了利用有序陣列優化儲鋰環境，降低材料維度來提升儲鋰活性的思想。論文的主要內容如下:
　　(1)二維無定形Fe2O3納

3、米陣列負極材料構筑及其鋰離子電池性能研究:首先采用超快速的恒電壓沉積的方法制備Fe(OH)3納米陣列前體，再通過高溫焙燒得到了二維無定形Fe2O3納米陣列。對照實驗采用用水熱法制備鐵磁礦FeOOH納米線，通過高溫焙燒得到二維納米帶狀Fe2O3。在0.1A g-1的電流密度下，進行循環穩定性測試，經過60次循環，保持初始比容量的90％左右，從開始的1208.3降為了1086.1mAh g-1，而納米帶狀材料比容量衰減為初始容量的50％左右

4、(～600mAh g-1)。在1Ag-1的大電流下循環1000次后，納米陣列和納米帶狀材料的比容量分別保持為630和170mAh g-1。通過系列電化學測試證明，二維納米陣列有著更高的比容量，優異的循環穩定性和倍率性能，這一結果表明二維納米陣列結構的有著獨特的儲鋰優勢。
　　(2)二維超薄Co3O4納米陣列負極材料構筑及其鋰離子電池性能研究:采用超快速電合成的方法，制備了厚度分布從10nm到2nm的前體CoⅡCoⅢ-LDH納米陣列

5、，通過焙燒制備了不同厚度Co3O4超薄納米陣列，成功實現了有序的片狀納米陣列厚度和孔道分布的精細調控。電化學性能測試證明具有超薄厚度(～3nm)和大量介孔的Co3O4-T2納米陣列具有優異LIB的電化學性能，在0.1A g-1下具有2019.6mAh g-1的高比容量，良好的倍率性能和顯著的循環穩定性，在第80次循環后比容量仍然保持在1576.9mAh g-1。而較厚的片結構(～10nm)出現了活性位點利用低下,比容量較低的問題和過薄的