过渡金属氧化物/多孔石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2020-12-15 00:14

　　过渡金属氧化物（Fe₂O₃,NiO和Co₃O₄等）因自身具有较高的理论比容量的特点,被认为是应用在锂离子电池并能够代替石墨的一种理想的负极材料之一。但是,过渡金属氧化物在锂离子电池的应用中存在着较差的导电性以及在嵌锂和脱锂过程中较大的体积膨胀的缺点,这些缺点导致了较差的电化学性能,从而限制了其在锂离子电池中的广泛应用。当前,将金属氧化物负载到高导电碳材料表面构筑复合材料提高电化学性能成为重要解决方案之一。其中,多孔石墨烯（graphene）由于具有优异的导电性,较大的比表面积以及能够加快锂离子扩散的通道,被认为是提高金属氧化物基复合材料最有潜力的碳材料。本研究,通过简单的热处理工艺、柯肯达尔效应以及原位蚀刻策略设计合成了多种过渡金属氧化物/多孔graphene复合材料,将其作为锂离子电池的负极,并对其电化学性能进行了研究。具体研究内容如下:1.将纳米活性材料负载于多孔还原氧化graphene上是一种合成高性能锂离子电池电极材料的有效策略。我们利用一种简单的热处理工艺以及原位刻蚀策略合成了一种γ-Fe... 

【文章来源】：青岛大学山东省

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锂离子电池的发展简史[12]

青岛大学硕士学位论文3方面逐渐更新发展，成为了人们生活中不可分割的一部分[21]。图1.1锂离子电池的发展简史[12]Figure1.1SchematicillustrationoftheworkingmechanismofLIBs[12]1.1.2锂离子电池的基本结构和特点图1.2表示了生活中最常见的锂离子电池的基本组成：负极、正极、隔膜和电解液，另外，还包含了其他如集流体、粘合剂、导电添加剂和封装材料等的支持部件[23]。图1.2锂离子电池结构图[22]Figure1.2Thestructureoflithiumionbattery[22]从图1.3表示的锂离子电池工作原理图可以看出锂离子电池的基本原理被称为“摇椅式”充放电模式，这种模式就是锂离子和电子在电池内部充放电过程中正负极来回的嵌入和脱嵌。这种“摇椅式”充放电模式具体的解释如下：首先，锂离子在充电过程中从正极脱出并通过电解液进入到电极负极材料的晶

青岛大学硕士学位论文4格中，同时，电子通过电路进入电池的负极。然后锂离子在放电过程中离开负极并穿过隔膜流向正极，同时电子通过电路进入电池的正极[24]。图1.3锂离子电池的工作原理图[22]Figure1.3SchematicillustrationoftheworkingmechanismofLithiumionbatteries[22]1.2锂离子电池电极材料1.2.1正极材料正极材料是锂离子电池的核心，它不仅是锂离子电池中最主要的锂离子提供者，同时也是电池比容量的主要贡献者[25]。由于与负极材料相比，作为正极材料的要求相对较高并且在电池的生产过程中正极材料的成本占据整个电池的1/3。因此，现在正极材料进军商业化的重要难点是寻求和制备较低成本以及具有较高的能量密度的新型材料。迄今为止，比较常见的锂离子正极材料主要有三类：1)如LiCoO2具有六方层状晶体结构的材料；2)如LiMn2O4具有立方尖晶石晶体结构的材料；3)如LiFePO4具有正交橄榄石晶体结构的材料[26-29]。1.2.2负极材料目前，锂离子电池的负极材料主要包括以下三种：1)锂离子电池中的碳材料[30]：目前市场中最常见的碳材料主要包括无定型碳、碳纳米管和石墨三种材料，其中商业化中使用最多的石墨材料根据制造方式的不同


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