论文部分内容阅读
随着电动汽车、电动工具和便携式存储设备等设备的不断普及,对锂离子电池的储电容量、倍率性能和循环寿命提出了更高的需求,迫切需要开发低成本、环保的高性能锂离子电池负极材料。经碳包覆或碳负载处理后的过渡金属氧化物由于具有3-4倍于传统石墨电极的比容量、可加工性好以及储量丰富等优势,被认为是满足未来锂离子电池发展的新型负极材料。本论文利用生物质资源具有的来源丰富、结构特殊和具有生物活性等特点制备过渡金属氧化物/碳并研究其在负极材料中的应用。主要研究内容如下：1.以天然棉花为模板,通过静电自吸附作用和水热法成功将纳米Fe304颗粒负载在棉花纤维上,经后续氮气气氛煅烧成功制得介孔Fe3O4Fe/C复合材料。电化学测试表明,Fe3O4/Fe/C负极材料的大倍率性能(≥1A g-1)及循环性能均优于纯Fe304和商用石墨电极。在1 A g-1的大电流条件下进行充放电500次后的可逆容量可稳定在472 mAh g-1,单次充电时间仅需28.3min。即使经1 A g-1至10 A g-1不同倍率充放电160次后的放电容量仍可稳定在524.6 mAhg-1。2.以天然竹叶为前驱体,经700℃氮气煅烧制备了碳量子点负载的具有介孔结构的多层生物二氧化硅-碳纳米片,循环性能远超同条件下的商用石墨和其他人造碳电极材料。也以该竹叶为模板和成核剂成功负载了具有超晶格结构的MnO纳米颗粒。通过对复合材料的合成机理和煅烧条件的研究,确定了700℃反应温度对应电化学性能最佳。该复合材料电极在0.1Ag-1的电流密度下经100次循环后的放电容量为535 mAhg-1,0.2Ag-1的电流密度下经160次循环后的放电容量仍可达450.7 mAh g-1.实验过程具有合成方法简单,能有效发挥生物质资源可再生、低成本和对环境友好等优点。3.以聚乙烯醇为碳源经浸渍和碳热还原法将单独分散的一维中空Mn02纳米棒包覆在部分石墨化的碳基体中,成功制得中空MnO/C复合材料。电化学测试表明,中空MnO/C复合材料在0.2 A g-1电流密度下经190次充放电后的放电容量稳定在680.7 mAhg-1,最大放电能量密度值可达425 Whkg-1。所合成复合材料可有效解决MnO电极材料在充放电过程中遇到的导电性差、体积变化率大和易团聚等问题。