【摘 要】
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硼是除高毒性铍外最轻的锂合金元素,是锂离子电池最理想的负极材料之一。但是,硼直接作为锂离子电池负极材料会受到其电化学惰性的阻碍,硼缩小到量子尺寸（量子点）并与碳复合就可以提高硼的电化学活性,另外硼量子点可以引入缺陷吸引正离子,提高锂离子的扩散和储存,减小间隙距离,增加电导率,因此将五硼酸铵和硼酸作为原材料通过水热法制备出硼量子点（BQDs）,并将其与葡萄糖复合,从而形成具有孔状结构且具有良好电化学
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硼是除高毒性铍外最轻的锂合金元素,是锂离子电池最理想的负极材料之一。但是,硼直接作为锂离子电池负极材料会受到其电化学惰性的阻碍,硼缩小到量子尺寸（量子点）并与碳复合就可以提高硼的电化学活性,另外硼量子点可以引入缺陷吸引正离子,提高锂离子的扩散和储存,减小间隙距离,增加电导率,因此将五硼酸铵和硼酸作为原材料通过水热法制备出硼量子点（BQDs）,并将其与葡萄糖复合,从而形成具有孔状结构且具有良好电化学性能的复合物。本文通过“自下而上”合成出硼量子点,研究其光学性质及非易失性存储效应和复合物制备及其作为负极材料在锂离子电池中的应用。主要工作分为下面两个部分:（1）首次提出了以五硼烷铵和硼酸为前驱体,在水热合成条件下,采用自下而上的方法制备出新型BQDs。从透射电镜图可以看出BQDs平均尺寸为6.4 nm,且分散均匀,说明成功制备出量子点。接着通过XRD、XPS、Raman等测试证明我们成功制备出硼量子点。在环境光照射120 d后,通过计算光学带隙（Eg）没有发生变化,说明BQDs在水溶液中具有良好的稳定性。另外,采用BQDs和PVP的混合层作为有源层制作BQDs-PVP存储器件,该器件具有大于10~2的高ON/OFF电流比,在0.1 V的读取电压下具有良好的稳定性,结果证明该器件具有较低的误读率,在闪存设备中具有很大的潜力。（2）以“自下而上”合成得到的硼量子点和葡萄糖为原材料,通过水热法、冷冻干燥和高温炭化法制备出的复合物,作为锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能,结果表明复合物作为锂离子电池负极材料在0.1 A g-1的电流密度下具有2067 m Ah g-1的高放电比容量,在循环200圈后锂离子电池还可以表现出1315.4 m Ah g-1的放电比容量,有着较高的首圈放电容量和良好的循环稳定性。此外,经过0.1 A g-1、0.2 A g-1、0.5 A g-1、1.0 A g-1到2 A g-1的5个连续电流密度后仍然能在2 A g-1下保持297.5 m Ah g-1的容量,有着良好的倍率性能。为了进一步研究复合物的储锂机制,进行了电极动力学分析;在扫速为5.0 m V s-1时,电容行为为主要控制贡献了68%的储锂容量;电容行为贡献的容量随着扫速的不断增大,占比也逐渐增大,在扫速为10.0 m V s-1时,达到了98%。接着对锂离子扩散系数进行了分析:在放电过程中,扩散系数先随着电压降低而快速降低,随后进入平台区,扩散系数为2.1×10-10 cm~2 s-1;而充电过程则相反,扩散系数随着电压升高而降低,随后进入平台区后,最后扩散系数最终稳定在2.5×10-10 cm~2 s-1,表明电极材料在快速传输锂离子时的稳定性较好。
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