過渡金屬氧化物-碳復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、過渡金屬氧化物通過在特定條件下發生可逆的氧化還原反應，從而產生較大的儲鋰容量或準電容容量，成為鋰離子電池或電化學電容器電極材料的重要選擇之一。但是純過渡金屬氧化物很難直接被用作電極材料得到廣泛應用，主要有兩方面的原因。首先是因為過渡金屬氧化物較差的導電性造成整個電池體系內阻的增大，另一方面是因為在電池充放電的過程中，鋰離子在電極材料內不斷地嵌入和脫出，容易引起材料結構的塌陷，導致較差的循環性能。
　　為了解決這些難題，將過渡金屬氧

2、化物進行摻雜和碳包覆是目前比較常用且有效的方法。通過碳包覆制備過渡金屬氧化物/碳復合材料不僅可以增強材料的導電性，并且可以緩沖由于材料在工作過程中體積形變帶來的材料塌陷，從而提高材料電化學性能。近年來，通過水熱法制備各種形貌的過渡金屬氧化物/碳復合材料的制備成為研究熱點。本論文的主要工作均圍繞通過水熱法制備出過渡金屬氧化物/碳復合材料，運用SEM、XRD、TEM、XPS、TG、BET和EDX等現代技術對材料的結構和物理特性進行了表征。所

3、得復合材料在鋰離子電池中的應用時的電化學性能通過充放電測試、循環伏安和電化學阻抗譜進行了評價。研究內容如下：
　?。?）通過簡單的水熱和熱處理方法成功制備了碳包覆的類球形Mn0.1V2O5@C復合材料，而這些類球形的結構是由納米棒嵌入多孔碳材料結構中進一步形成。材料中的多孔結構有利于電解液的滲透從而形成3D離子導電網狀結構，而多孔碳材料則形成3D電子導電網狀結構，這種特殊的形貌結構使其具有良好的電化學性能。將所得復合材料于鋰離子電

4、池體系中進行測試，該材料在4.0-2.0V(vs.Li/Li+)的電壓范圍內有較好的倍率性能，0.1C電流密度下，放電容量為265mAh g-1，當電流增大到20C時，放電容量仍有164mAh g-1，為0.1C電流密度下容量的62％。5C的電流密度下，經過500次循環，放電容量仍維持初始容量的94%。研究結果表明，層間摻雜陽離子同時表面包覆碳材料的方法，可以顯著改善V2O5的電化學性能。
　?。?）通過水熱-熱處理法合成了MoO

5、2@C復合空心管材料，空心管管長約10μm，管壁厚約為1.3μm，內管徑2μm，比表面積為7.12m2 g-1，孔徑分布在32.26nm左右。600℃處理得到的MoO2@C復合材料，在0.05C電流密度和0.02-3.00V電壓范圍條件下，首次放電容量達到1041mAh g-1，庫倫效率為66%，經過45次循環后其放電容量達到443mAh g-1，容量保持率為第二次放電容量的65%。其在0.1C、0.5C、1C和2C倍率的首次放電容量分

6、別為442、341、245和137mAh g-1。與未包覆樣品相比，碳包覆可以改善MoO2材料的電化學性能。
　?。?）通過水熱-共混-熱處理方法制備了K+離子摻雜的MoO3(Kx)@C復合材料，其具有棒狀形貌，棒的長度為3-5μm，直徑為1μm。TG測試結果顯示，MoO3(Kx)@C復合材料中的碳含量約為10%。當x=0.1%時，MoO3(Kx)@C復合材料的電化學性能最佳，在1.5-4.0V的電壓范圍內，0.05C電流密度下的