過渡金屬氧化物-氮摻雜碳基復合鋰離子電池負極材料的制備及其性能.pdf

1、隨著社會的發展，人類對于能源需求量增多，石油、煤炭、天然氣等不可再生能源逐漸減少，環境問題日益嚴重，使能源和環境成為備受關注的兩大社會問題。隨著經濟的發展和人類生活水平的提高，發展低碳經濟和清潔可再生能源成為各國非常重視的課題之一，這也對儲能裝置的各項指標提出了新的要求。近年來，由于便攜式電子設備如移動電話、數碼相機和筆記本電腦等電子與信息產業的迅速發展，以及混合電動汽車或純電動汽車的逐漸普及，人們對于鋰離子電池能量密度，循環性能和可靠

2、性等參數的要求越來越高。成功開發下一代鋰離子電池的關鍵無疑在于電極材料方面的突破。目前，電極材料的研究工作主要集中于兩個方面:一方面致力于設計出具有更加巧妙合理結構的電極材料來緩解在充放電過程中的體積膨脹以確保鋰離子電池具有較好的循環穩定性;另一方面實現多種成分的復合以實現鋰離子電池容量的最大化。在各種電極材料中，金屬氧化物-氮摻雜碳基納米復合材料，由于其特殊的納米微觀結構和形貌，有著較大的比表面積從而有效的緩解了體積膨脹，可望更加有效

3、地提高材料的可逆容量。此外，氮摻雜碳基納米復合材料還可以很好地提高復合材料的導電性，更有益于電子的快速轉移，同時，多組分的復合彌補了單一成分的電極材料容量不理想的缺點。
　　本論文在綜合國內外金屬氧化物/碳納米復合材料的制備和性能研究的基礎上，通過溶劑熱法，冷凍干燥法等成功地制備出了幾種納米結構的新型金屬氧化物/氮摻雜碳基鋰離子電池負極材料，采用多種測試手段對合成的電極材料進行結構與物化性能表征，研究其在鋰離子電池中的應用。具體的

4、研究結果如下:
　　1.提出一種新的策略，在通入氨氣的條件下進行高壓水熱反應，通過控制壓力結合隨后產物的熱退火處理，制備出不同含氮量的ZnO/氮摻雜還原氧化石墨烯(N-GN)復合物，由于N-GN能有效地阻止ZnO納米粒子(NPs)的聚集，從而保持了結構的完整性，此外可有效提高電極材料的導電性，將其分別作為鋰離子電池負極材料研究其電化學性能時，其測試結果表明含氮量8.7％的ZnO/N-GN-3復合物循環穩定性能最好，在0.2A g-

5、1電流密度下循環100次以后，放電比容量仍達1100mAh g-1，進一步研究還表明其具有良好的倍率性能。
　　2.應用一種簡單的方法，直接通過冷凍干燥和隨后的熱退火處理，成功制備了Co3O4/N-doped GN復合物，由于這種復合物提供了較好的導電網絡，將其作為鋰離子電池負極材料，在0.2A g-1電流密度下循環100次以后，放電比容量仍達950mAh g-1，展現了較大的比容量、較好的循環性能和較高的庫倫效率，此外，亦展現出

6、了優異的倍率性能。
　　3.將FeCl3·6H2O作為鐵源，結合輔助試劑，通過水熱及熱退火處理等步驟制備出Fe3O4@氮摻雜碳(C/N)復合物。將Fe3O4@C/N復合物在鹽酸溶液中進行不同程度的刻蝕，最終得到雙殼層Fe3O4@C/N復合物。研究結果表明這種雙殼層Fe3O4@C/N復合物由于有著良好的緩沖作用，作為鋰離子電池負極材料其電化學性能優于Fe3O4或Fe3O4@C/N復合物，在0.2A g-1電流密度下循環100次以后，