銅基鋰離子電池負極材料的制備及其電化學性能.pdf

1、鋰離子電池由于其能量密度高，循環壽命長，對于電動汽車和便攜式電子產品來說是一種非常有潛力的電子儲能設備。但是，隨著科技的發展，電子產品的多元化，迫切需要發展高性能的鋰電技術來滿足日益增長的社會需求。作為鋰電核心部件的電極是開發優異性能鋰電技術的關鍵環節。因此，探索新的鋰電電極材料及其改性技術就受到眾多科研工作者的關注，并已成為該領域研究的熱點。
　　自從Tarascon等[1]首次報道并分析了過渡金屬氧化物具有較好的電化學性能，過

2、渡金屬氧化物(TMOs，M= Co，Ni，Cu等)作為具有潛力的負極材料得到了高度的關注。其中，銅氧化物負極材料由于其理論比容量高、無毒、價格便宜、環境友好等一些特點而受到更多的關注。論文圍繞不同組成、晶相結構、形貌的銅氧化物的制備、改性等方面展開工作；結合XRD、SEM、TEM等表征結果，探討了制備條件（焙燒溫度、水熱處理等）、有機物改性等對銅基負極材料的形貌、物相組成、晶相結構以及電化學性能的影響。
　　本文主要研究內容及結果

3、如下：
　　1.采用化學沉淀法合成了立方塊形貌的Cu2O前驅體（Cu2O-raw），分別考察了焙燒結合堿處理和水熱條件處理對銅氧化物的組成、結構、形貌及其電化學性能的影響。結果顯示Cu2O-raw分別在200 oC、500 oC焙燒后，Cu2O-200和Cu2O-500樣品的物相組成從 Cu2O-raw單一 Cu2O分別轉變為 Cu2O-CuO混合相和 CuO。對Cu2O-raw、Cu2O-200和Cu2O-500樣品分別用2M

4、NaOH溶液刻蝕處理。與處理前相比，Cu2O-200-OH與Cu2O-OH樣品呈現出相似的納米片組成的花狀形貌，比表面積增加，其放電比容量有了明顯的提高，分別從70 mAh·g-1和85 mAh·g-1（0.5C）提高到105 mAh·g-1和200 mAh·g-1（0.5C）；而Cu2O-500-OH樣品仍然保持立方塊形貌，放電比容量較處理前并沒有顯著變化。顯然，采用控制焙燒溫度和濃堿處理技術可以獲得不同形貌、放電比容量的銅基鋰離子電

5、池負極材料。
　　采用水熱法對Cu2O-raw進行處理得到磚塊形貌的樣品（Cu2O-H2O），結合物相表征和電化學性能測試結果分析可知由于氧化不完全，樣品呈現 CuO-Cu2O混合物相，其放電比容量高于Cu2O-raw，達100 mAh·g-1（0.5 C），同時也高于Cu2O-500樣品的放電比容量70 mAh·g-1（0.5 C）。
　　銅氧化物的形貌對其電化學性能有影響，與呈現出“立方塊”形貌的銅氧化物樣品（Cu2O-

6、raw、Cu2O-200和Cu2O-500）相比，“花狀”和“磚塊”形貌的銅氧化物（Cu2O-200-OH、Cu2O-OH和 Cu2O-H2O），具有更高的比表面積，更多的嵌鋰位點，可以縮短鋰離子的擴散路徑，放電比容量相對較高，說明了形貌對材料的電化學性能有著直接的影響。
　　通過500 oC焙燒 Cu2O-raw制得立方塊形貌的氧化銅樣品（CuO-raw），雖然CuO-raw的放電比容量不高，但是它的循環還是比較穩定的。因此，本

7、文采用氧化石墨烯（GO）和多巴胺（DA）對CuO-raw進行有機改性，利用XRD、UV、SEM、TEM等進行表征并考察其電化學性能。
　　2.利用多巴胺（DA）的自聚合反應對CuO-raw進行表面改性制備CuO/PDA納米復合材料，并考察其電化學性能。通過TEM、IR和UV的表征結果可以確定成功的合成了CuO/PDA納米復合材料。CuO/PDA與CuO-raw比較，初始放電比容量得到了明顯的提高，將近是CuO-raw初始放電比容量

8、的10倍。循環100次的放電比容量從67 mAh·g-1提高到92 mAh·g-1（0.5 C），結果說明聚多巴胺(PDA)對于CuO-raw的電化學性能改善具有一定效應。
　　3.利用氧化石墨烯（GO）對CuO-raw進行表面改性制備CuO/GO納米復合材料，并考察其電化學性能。從 CuO/GO的 UV和 SEM表征結果可知，成功制備了CuO/GO納米復合材料。與CuO-raw樣品比較，CuO/GO-20樣品的初始放電比容量是C