锂离子电池金属氧化物电极材料的制备及性能研究

论文摘要

传统的碳负极材料由于受到理论容量低等固有缺陷的影响在新型锂离子电池中的应用受到越来越大的限制，而金属氧化物材料则是一种有前景的替代选择。研究表明，金属氧化物材料具有很好的放电活性，同时具有商用碳材料2-3倍的理论放电容量，因而具有重要的研究意义，但这类材料在实际应用中存在体积变化大、电极材料不稳定、导电性能较差等缺点。本文针对金属氧化物电极材料存在的问题，采用了离子掺杂处理、材料复合以及形貌控制等方式对其进行改善，并对改善的结果及机理进行了研究，为金属氧化物锂离子电极材料的性能改善提供了有益的理论和实践指导。本文的主要研究工作包括以下几个方面：1．镁化α-MoO3电极材料的简易合成及其电池性能研究。通过简单的一步沉淀反应合成α-MoO3材料，通过镁化处理，显著地提高了其电化学性能。这主要是由于镁化扩大了材料的层间距离，增加了电极材料与电解液的接触面积，使电极材料更有利于充放电过程中锂离子的传导，同时也使其具有更好的抗体积膨胀性能。实验结果表明通过镁离子水热处理的方法可以提高层状氧化物电极材料用作锂离子电池正极的性能。2．NiO/Co3O4复合纳米片的合成及锂离子电池负极性能研究。通过调控复合材料中NiO的比例，不仅可以控制纳米片材料的尺寸，还可以控制材料的导电性能。即使在较大的放电倍率条件下，复合材料仍然显示出很好的循环稳定性能。3．新型SnO2纳米花多极结构材料的控制合成及其锂离子电池负极性能研究。在无表面活性剂的条件下通过一步水热反应合成了花状SnO2多级纳米球，提出可能的相应反应机理。纳米花结构的高比表面积可以提供更多的反应活性位点，同时三维的纳米结构薄膜有利于电解液的扩散。更重要的，纳米球表面的短棒结构可以为Sn、Li合金化/去合金化过程中引起的电极体积膨胀提供很好的缓冲，具有良好的电化学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 电化学能源简介
• 1.2 嵌入式可充电电池
• 1.3 锂离子电池
• 1.3.1 基本原理
• 1.3.2 氧化物锂离子电池电极材料
• 1.3.2.1 氧化物材料用作锂离子电池的正极
• 1.3.3.2 氧化物材料用作锂离子电池的负极
• 1.3.3 常用电极材料改进方法、作用原理及不足之处
• 1.3.3.1 水热条件下的离子处理
• 1.3.3.2 材料的形貌调控
• 1.3.3.3 氧化物间的复合
• 1.3.3.4 与碳材料等的复合
• 1.4 本论文的选题背景和研究内容
• 3电极材料合成及其电池性能研究'>第2章 镁化α-MoO₃电极材料合成及其电池性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 3材料的制备'>2.2.2 α-MoO₃材料的制备
• 3材料的镁化'>2.2.3 α-MoO₃材料的镁化
• 2.2.4 材料表征
• 2.2.5 电化学测试
• 2.3 结果与讨论
• 3材料的制备'>2.3.1 镁化α-MoO₃材料的制备
• 2.3.2 电化学测试结果与讨论
• 2.4 小结
• 3O₄复合纳米片的合成及其锂离子电池负极性能研究'>第3章 NiO/Co₃O₄复合纳米片的合成及其锂离子电池负极性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3O₄复合纳米片的合成'>3.2.2 NiO/Co₃O₄复合纳米片的合成
• 3.2.4 材料表征
• 3.2.5 电化学测试
• 3.3 结果与讨论
• 3O₄复合纳米片的表征'>3.3.1 石墨烯状的 NiO/Co₃O₄复合纳米片的表征
• 3.3.2 电化学测试结果与讨论
• 3.4 小结
• 2纳米球多极结构材料的形貌控制及对电池性能的影响'>第4章 新型花状 SnO₂纳米球多极结构材料的形貌控制及对电池性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料与试剂
• 2多级纳米球的制备'>4.2.2 SnO₂多级纳米球的制备
• 4.2.3 材料表征
• 4.2.4 电化学测试
• 4.3 结果与讨论
• 2多级纳米球材料的表征'>4.3.1 SnO₂多级纳米球材料的表征
• 4.3.2 电化学测试结果与讨论
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果