锂离子电池过渡金属氧化物石墨烯复合负极的制备及其性能研究

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1、分类号O63学校代码10590UDC540密级公开深圳大学硕士学位论文锂离子电池过渡金属氧化物/石墨烯复合负极的制备及其性能研究学位申请人姓名邓庆威专业名称化学学院（系、所）化学与环境工程学院指导教师姓名孙灵娜深圳大学学位论文原创性声＿和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文锂离子电池过渡金属氧化物／石墨烯复合负极的制备及其性能研究是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，。除文中己经注明引用的内容外本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的

2、研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。—论文作者签名：曰期戈灰减：树严ｊ月０曰Ｐ学位论文使用授权说明（必须装订在印刷本首页）本学位论文作者完全了解深圳大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属深圳大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其他机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅。本人授权深圳大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、

3、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（涉密学位论文在解密后适用本授权书）‘论文作者签名：平灰滅导师签名：孤夏獨＇曰期＝年月曰日期：年ｆ月曰＞丨］ｔＷ為７／多锂离子电池过渡金属氧化物/石墨烯复合负极的制备及其性能研究摘要为了满足由于经济急剧膨胀发展而引起的能源需求，许多研究者尝试设计出高效，低成本，且环保的能源体系。目前，作为锂离子电池（LIBs）商用的石墨负极材-1料只有相当低的理论容量(372mAhg)，这对于应用在高比容量和高功率密度的能量储存设备是明显不足的。近些年来，过

4、渡金属氧化物(MxOy,M=Co,Ni,CuorFe)拥-1有较高的可逆容量(~1000mAhg)，已经被认为是最具潜力的锂离子电池负极材料候选之一。然而，由于自身较低的电/离子传导性，较大的体积膨胀和颗粒易团聚等固有缺陷，所有过渡金属氧化物在深度充放电的过程中表现出较差的初始库仑效率和较短的循环寿命，这导致不令人满意的结果。为了克服这些缺点，通常有两种策略来解决这些问题。一种方法是合成异质结构，实验证实异质结构材料具有较长的循环寿命和较大的锂存储能力，引起了研究者很大的兴趣;另一种方法是构造0维（1D），

5、1D，2D和3D结构的纳米过渡金属氧化物/碳复合材料，以增强电导率和结构稳定性。由于独特的2D结构的石墨烯在各种导电添加剂中具有优异的电学，机械和热力学性能。因此，直接在还原氧化石墨烯（RGO）的导电基底上负载异质结构的过渡金属氧化物应该是获得高性能的LIB电极材料的方法。基于以上两方面的改进，本文的主要研究内容如下：(1)Cu2O-CuO-RGO复合物通过自组装的溶剂热路线，在水和乙醇为溶剂的混合溶液中成功地被合成，在此条件下Cu2O-CuO纳米球也相应地被成功合成。Cu2O-CuO-RGO复-1合物作为

6、锂离子电池负极材料展示了出色的电化学性能：在100mAg的电流密度-1下，在80圈循环后可逆可逆比容量保持在842.5mAhg。并且依次分别在100、-1200、500、1000、2000、5000和100mAg下各循环10圈，Cu2O-CuO-RGO复合物的平-1均可逆比容量分别为840,723,511,402,336,224和703mAhg。根据复合材料的结构和储锂机理分析，其表现出电化学能的原因是：电化学性能的明显提高主要是由于发挥了多组分优势，实现协同效应；异质结构的Cu2O-CuO纳米球紧紧连着还

7、原石墨烯片两侧，共同作用可以缩短电子和锂离子的传输路径；形成的“三明治”结构，可以防I锂离子电池过渡金属氧化物/石墨烯复合负极的制备及其性能研究止经过深度充放电循环后还原石墨烯片重新堆积和纳米球团聚，有效提高了电极材料的导电性，并且缓解其体积膨胀。(2)3DCoO-Co3O4-RGO复合物，通过自组装的溶剂热路线，在水和乙醇为溶剂的混合溶液中成功地被合成，并且异质结构的CoO-Co3O4纳米带在此条件下也是成功的制备。异质结构的三元CoO-Co3O4-RGO复合物作为锂离子电池负极材料展示了出色的电化-1学

8、性能在100mAg的电流密度下，在200圈循环后可逆可逆比容量保持在994mAh-1-1g。并且依次分别在100、200、500、1000、2000、5000和100mAg下各循环10圈，Cu2O-CuO-RGO复合物的平均可逆比容量分别为1210,1060,890,730,578,392和915-1mAhg。三元CoO-Co3O4-RGO复合物电化学性能的明显提高主要是：由于异质结构和还原氧化石墨烯共同实现协同