電化學研磨合成納米級過渡金屬及過渡金屬氧化物的電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池的發展推動著人們探索可能的新的電極材料以提高鋰離子電池的性能，促進其產業化的發展。鋰離子電池的電化學性能取決于正極材料、負極材料和電解質。傳統的鋰離子電池電極材料一般為脫嵌式化合物，如常見的氧化鈷鋰、氧化鎳鋰、石墨等。一些非脫嵌式化合物如CoO、Co3O4、LaCoO3等表現出更高的可逆循環容量，有望成為新一代的負極材料。而近年來，納米金屬材料由于其特有的性能而引起關注，得到了很大的發展。本論文一方面在于探索一些有前途的金屬氧

2、化物的電化學性能及機理，另一方面在于利用這種電化學反應，從鋰電池中提取金屬納米粒子。
　　 論文的第一章首先綜述了鋰離子電池的優缺點、鋰離子電池的結構和工作原理、鋰離子電池常用的電極材料和電解質材料，詳細敘述了目前常用的鋰離子電池負極材料。此外，第一章中對于金屬納米材料常用的合成方法進行了介紹和評述。
　　 Tarascon和其他研究組對過渡金屬氧化物與金屬鋰的電化學反應機理的研究發現，其還原產物為金屬單質，而且以納米級

3、粒子形式存在，由此第二章提出了利用在鋰電池中金屬鋰對商品金屬氧化物顆粒的還原來合成納米金屬顆粒的新穎合成路線，并稱作電化學研磨的方法。采用X-射線吸收精細結構(XAFS)分析在鋰離子嵌入過程中Ni原子的化合價和配位數的變化，推測金屬鋰還原過渡金屬氧化物的過程。研究結果表明，商品NiO粉在鋰電池中被金屬鋰還原的產物，得到了納米尺度的金屬Ni，說明這種電化學研磨合成具有磁性的金屬Ni的納米顆粒方法是可行的。同時，我們發現合成的納米Ni的形貌

4、受電流密度和放電溫度及循環次數的影響。在論文第三章，我們利用相同的電化學研磨方法，制備出納米級過渡金屬單質銀，并發現電流密度和放電溫度對單質銀形貌的影響與對單質Ni的影響一致，說明電化學還原法制備過渡金屬單質具有可推廣性。
　　 針對目前負極材料的研究熱點-金屬氧化物，論文第四章通過水熱-燒結法合成Co3O4，分析了其在鋰離子電池中的電化學性能。結果表明：具有合適形貌和比表面積的納米棒狀結構Co3O4具有優越電化學性能：首次放電