过渡金属氧化物薄膜负极材料电化学性能的研究

发布时间：2019-09-23 13:41

【摘要】：在过去的数十年中,电子产品得到飞速发展,尤其是最近的十几年中,便携式电子产品及新能源交通工具,如笔记本电脑、移动电话、照相机、电动汽车等的发展极大地提高了人们对锂离子电池等新能源储能系统的需求。而目前商用的锂离子电池石墨负极材料已经无法满足需求,因此,符合现代电子设备要求的高性能电池负极材料的开发迫在眉睫。过渡金属氧化物负极材料作为目前极有希望成为下一代商用的锂离子电池负极材料,具有比容量高、充放电过程中体积变化相对较小、材料资源丰富等优点,同样存在着容量衰减、导电性相对较差的缺点。尽管已有大量化学方法改善了过渡金属氧化物比容量衰减的问题,但是传统的化学形貌复合方法并不能实现高的体积能量密度,这是因为通过化学方法进行性能改善得到的材料大多密度较小,无法实现体积高能量密度。因此,本论文主要围绕制备高性能的过渡金属氧化物负极材料以及提高其体积能量密度来展开工作:(1)制备纳米晶Fe_2O_3薄膜来提高电化学循环性能。利用脉冲激光沉积系统(PLD)制备密堆积结构的过渡金属氧化物Fe_2O_3薄膜负极材料,并对比了室温和400℃条件下制备的Fe_2O_3薄膜负极材料的电化学性能。从测试分析可以发现,相对于结晶性好的Fe_2O_3薄膜,室温下制备的具有纳米晶结构Fe_2O_3薄膜,其循环性能和倍率性能更加优异。因此,采用PLD制备的纳米晶Fe_2O_3薄膜不仅解决了化学方法改进过渡金属氧化物性能带来的提及能量密度低的问题,同时还能改善其性能使其具有同化学方法改性后形的优异电化学性能。(2)复合金属纳米颗粒进一步提高倍率性能。在制备纳米晶过渡金属氧化物薄膜的基础上,通过调节制备氧气压强,使制备的CoO薄膜中掺杂有金属Co纳米颗粒,借助金属纳米颗粒在电极材料中对于金属氧化物导电性能的提高和充放电过程中的催化作用,极大地提高了其倍率性能。
【图文】：

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第一章绪论1.1 引言现代社会和人类科技的进步与能源供应紧密相关，当前化石燃料仍然是主要的能源（石油、天然气、煤炭等），但是化石燃料是不可再生能源，随着不断地开发利用，化石燃料终有一天会枯竭，并且化石燃料的使用还会带来严重的大气污染和温室效应的问题，对人类的健康以及生活环境也会造成损害[1-4]。因此，调整当前能源结构，大力开发利用新能源（如风能、太阳能、潮汐能等），是解决当前各种能源问题的关键。这些能源取之不尽用之不竭分布广泛，但是同样也存在着一些相应的问题，间歇性和随机性的特点使之难以得到广泛应用[5]。而随着手提电脑、移动电话等移动数码设备以及新能源（混合）动力汽车的发展，对于储能系统的要求越来越高，从而促使新型储能系统成为广泛研究的热点[6-7]。

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图 1.5 转化型负极材料反应机理示意图金属氧化物比容量相比于嵌入型负极材料要高得多，同时其制备工艺更加简洁，常用的方法有水热法、化学气相沉积以及脉冲激光沉积技术等。与此同时，金属氧化物作为负极材料也存在着一定的缺点[29]。充放电过程中比容量衰减，这是由于锂离子嵌入脱出过程中材料体积膨胀导致结构遭到破坏另一个主要问题在于大部分过渡金属氧化物导电性比较差，进一步造成倍率性能比较差。这是制约过渡金属氧化物负极材料使用的主要原因。1.3.3 合金型负极材料合金型负极材料主要包括硅基、锡基、锗基和铝基及相应的氧化物SnO2、SiO2等[41]。这类材料充放电机理是与金属锂形成合金。氧化物首次与锂发生转化型反应，得到金属单质再与里形成合金，在随后的充放电过程中，只有金属与锂形成合金的过程，，并不存在氧化物可逆的转化反应[42-44 ]。合金型负极材料比容量一般
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM912

【参考文献】