金属(金属氧化物)碳复合锂离子电池负极材料研究.pdf

《金属(金属氧化物)碳复合锂离子电池负极材料研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、RESEARCHoNMETAL(METALOXmE)／CARBONCOMPOSITESASANoDEM随TERL～LSFoRLITHIUMIoNBATTERIESADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByZhangCuicuiSupervisor：Prof．YinYanhongMay,2014，摘要mIIIIIlllllllilllliliillllillli

2、llliilllllll．1iIY2550313碳材料作为锂离子二次电池的商用负极材料，其循环寿命和安全性都很好，但是理论比容量却只有372mAh／g，不能够满足高能量密度的电子产品特别是电动车的需要。近年来，许多替代碳材料的新型负极材料逐渐得到了开发。作为新型负极材料的金属锡(Sn)其理论比容量达到994mAh／g，氧化铜(CuO)的理论比容量可达674mAh／g。但是，这些材料在电池充放电过程中由于存在较大的体积膨胀，导致电极材料粉末化，在循环几次后容量就衰减的非常快。对此类材料的改性方向主要集中在能够保持其高容量特性的同时又能改善其循环稳定性能。为了解决这一关键问题，本文

3、制备了锡／碳复合材料和氧化铜／碳复合材料。采用X一射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)来表征复合材料的晶体结构和形貌，用恒流充放电测试来表征材料的电化学性能。主要的研究内容如下：1、以二氯化锡为锡源，经过处理的天然石墨为碳源，通过简单的化学还原法合成锡／石墨复合负极材料。通过优化溶液的pH及反应体系中PEG．400(聚乙二醇)与水的体积比获得具有最优电化学性能的复合材料。实验结果表明，当pH为6时，PEG／H20的体积比是1：1时，复合材料的电化学性能最优，首次放电比容量为510mAh／g，50次循环后容量保持在400mAh／g。2、以二氯化锡为锡源

4、，碳纳米管为碳源，采用简单的化学还原法制备出锡／碳纳米管复合负极材料。以前面实验所优化的反应pH值为基础，继续优化反应溶液中PEG一400(聚乙二醇)与水的不同体积比例(纯水、3：1、4：1、纯PEG)下所生成的复合材料的结构、形貌和电化学性能，并得到了最佳合成工艺：当PEG／H20的体积比是4：1时，反应制备得到的锡／碳纳米管复合材料的性能最优，首次放电比容量为1364mAh／g，50次循环后比容量在540mAh／g。3、以石墨为碳源，三水硝酸铜为铜源，通过简单的先固液混合再烧结的方法制备氧化铜／石墨复合材料。通过优化煅烧温度和原料配比得到具有最优结构和电性能的复合材料。实验

5、结果表明，当硝酸铜与石墨的质量比是1．5：1，空气煅烧温度是300。C时，复合材料的性能最优，其首次放电比容量是600mAh／g，循环50次后仍达到500mAh／g。关键词：锂离子电池，锡基负极材料，氧化铜，复合材料，电性能ABSTRACTCarbonmaterialsarewidelyused觞anodematerialsbecauseofitsgoodcyclelifeandsafetyinlithiumionbakery,however,itslowspecificcapacity(372mAll／g)can’tmeetthedemandsofelectronicdevi

6、ceswithhigllenergydensity,especiallyfortheelectricvehicles．Asnewanodematerials，SnhaSatheoreticalspecificcapacityof994mAh／g，CuOhaSaspecificcapacityof674mAh／g．Nonetheless，thelargevolumeexpansionofSnandCuOduringthecharge-dischargeprocesscausespulverizationoftheelectrodes．Therefore，thecapacityde

7、creasedquicklyafterseveralcycles．Inordertosolvethisproblem，Sn／CcompositesandCuO／graphitecompositeswerepreparedbyasimplechemicalmethod．ThephasestructureandsurfacemorphologyofthematerialswereinvestigatedbyX·raydiffraction(XRD)，scanningelectronmicrosc