高性能金属氧化物负极材料的制备与电学性能研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yufs80131234
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近年来,锂离子电池(LBs)因为其质量轻、高电压、无记忆效应、高能量密度等特点逐渐成为了高性能电池的代表,已广泛地应用于各类便携设备以及新能源汽车上。传统的锂离子电池所使用的石墨负极材料理论比容量较低,一定程度上限制了锂离子电池的发展,因此研究者们一直在寻找新一代拥有高性能的负极材料。而众多材料中,金属氧化物材料拥有的理论比容量相较于石墨电极高得多。同时,金属氧化物的资源丰富、安全无毒,成本也相对较低。本论文选取金属氧化物作锂离子电池负极研究,由于其作电池负极时在充放电过程中体积膨胀得较大,导致材料粉化崩塌,会影响电池的性能和使用寿命。因此本文采用将几种金属氧化物纳米化并进行复合的方案,形成特殊形貌的纳米复合材料,从而改善金属氧化物的电化学性能。本文研究内容概括如下:(1)三维花状SnO2/TiO2中空复合球的制备和电化学性能研究:采用两步溶剂热法合成SnO2/TiO2复合材料,制备过程中探索水热反应时间对SnO2形貌的影响,并确定最佳反应时长。所得SnO2/TiO2复合材料以中空的TiO2空心球为核,以SnO2纳米片为外壳组元,形成三维的花状SnO2/TiO2中空复合球。特殊的形貌具有较大的比表面积,能够缓解电极在循环过程中的体积膨胀问题。电化学测试表明:三维的花状SnO2/TiO2中空复合球具有较高的可逆比容量,循环性能良好,倍率性能优异。(2)ZnO/TiO2空心复合球的制备和电化学性能研究:以无水葡萄糖和醋酸锌为原料,溶剂热法制备得ZnO前驱体,煅烧后得到ZnO多孔球。随后通过钛酸四丁酯低温水解法在ZnO多孔球中嵌入TiO2颗粒,得到TiO2/ZnO复合中空球。所设计的ZnO/TiO2复合材料具有独特的结构,不仅能够缩短锂离子传输路径而且增加了反应活性位点。电化学测试表明:ZnO/TiO2空心复合球电极表现出优异的电化学性能,在电流密度为200 m A g-1下,循环200圈后容量仍可保持在702 m A h g-1,具有良好的循环稳定性。
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