【摘要】：在過去的數(shù)十年中,電子產(chǎn)品得到飛速發(fā)展,尤其是最近的十幾年中,便攜式電子產(chǎn)品及新能源交通工具,如筆記本電腦、移動(dòng)電話、照相機(jī)、電動(dòng)汽車等的發(fā)展極大地提高了人們對(duì)鋰離子電池等新能源儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求。而目前商用的鋰離子電池石墨負(fù)極材料已經(jīng)無法滿足需求,因此,符合現(xiàn)代電子設(shè)備要求的高性能電池負(fù)極材料的開發(fā)迫在眉睫。過渡金屬氧化物負(fù)極材料作為目前極有希望成為下一代商用的鋰離子電池負(fù)極材料,具有比容量高、充放電過程中體積變化相對(duì)較小、材料資源豐富等優(yōu)點(diǎn),同樣存在著容量衰減、導(dǎo)電性相對(duì)較差的缺點(diǎn)。盡管已有大量化學(xué)方法改善了過渡金屬氧化物比容量衰減的問題,但是傳統(tǒng)的化學(xué)形貌復(fù)合方法并不能實(shí)現(xiàn)高的體積能量密度,這是因?yàn)橥ㄟ^化學(xué)方法進(jìn)行性能改善得到的材料大多密度較小,無法實(shí)現(xiàn)體積高能量密度。因此,本論文主要圍繞制備高性能的過渡金屬氧化物負(fù)極材料以及提高其體積能量密度來展開工作:(1)制備納米晶Fe_2O_3薄膜來提高電化學(xué)循環(huán)性能。利用脈沖激光沉積系統(tǒng)(PLD)制備密堆積結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物Fe_2O_3薄膜負(fù)極材料,并對(duì)比了室溫和400℃條件下制備的Fe_2O_3薄膜負(fù)極材料的電化學(xué)性能。從測(cè)試分析可以發(fā)現(xiàn),相對(duì)于結(jié)晶性好的Fe_2O_3薄膜,室溫下制備的具有納米晶結(jié)構(gòu)Fe_2O_3薄膜,其循環(huán)性能和倍率性能更加優(yōu)異。因此,采用PLD制備的納米晶Fe_2O_3薄膜不僅解決了化學(xué)方法改進(jìn)過渡金屬氧化物性能帶來的提及能量密度低的問題,同時(shí)還能改善其性能使其具有同化學(xué)方法改性后形的優(yōu)異電化學(xué)性能。(2)復(fù)合金屬納米顆粒進(jìn)一步提高倍率性能。在制備納米晶過渡金屬氧化物薄膜的基礎(chǔ)上,通過調(diào)節(jié)制備氧氣壓強(qiáng),使制備的CoO薄膜中摻雜有金屬Co納米顆粒,借助金屬納米顆粒在電極材料中對(duì)于金屬氧化物導(dǎo)電性能的提高和充放電過程中的催化作用,極大地提高了其倍率性能。
【圖文】：

第一章 緒 論1.1 引言現(xiàn)代社會(huì)和人類科技的進(jìn)步與能源供應(yīng)緊密相關(guān)，當(dāng)前化石燃料仍然是主要的能源（石油、天然氣、煤炭等），但是化石燃料是不可再生能源，隨著不斷地開發(fā)利用，化石燃料終有一天會(huì)枯竭，并且化石燃料的使用還會(huì)帶來嚴(yán)重的大氣污染和溫室效應(yīng)的問題，對(duì)人類的健康以及生活環(huán)境也會(huì)造成損害[1-4]。因此，調(diào)整當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)，大力開發(fā)利用新能源（如風(fēng)能、太陽能、潮汐能等），是解決當(dāng)前各種能源問題的關(guān)鍵。這些能源取之不盡用之不竭分布廣泛，但是同樣也存在著一些相應(yīng)的問題，間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)使之難以得到廣泛應(yīng)用[5]。而隨著手提電腦、移動(dòng)電話等移動(dòng)數(shù)碼設(shè)備以及新能源（混合）動(dòng)力汽車的發(fā)展，對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求越來越高，從而促使新型儲(chǔ)能系統(tǒng)成為廣泛研究的熱點(diǎn)[6-7]。

圖 1.5 轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料反應(yīng)機(jī)理示意圖金屬氧化物比容量相比于嵌入型負(fù)極材料要高得多，同時(shí)其制備工藝更加簡(jiǎn)潔，常用的方法有水熱法、化學(xué)氣相沉積以及脈沖激光沉積技術(shù)等。與此同時(shí)，金屬氧化物作為負(fù)極材料也存在著一定的缺點(diǎn)[29]。 充放電過程中比容量衰減，這是由于鋰離子嵌入脫出過程中材料體積膨脹導(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭到破壞另一個(gè)主要問題在于大部分過渡金屬氧化物導(dǎo)電性比較差，進(jìn)一步造成倍率性能比較差。這是制約過渡金屬氧化物負(fù)極材料使用的主要原因。1.3.3 合金型負(fù)極材料合金型負(fù)極材料主要包括硅基、錫基、鍺基和鋁基及相應(yīng)的氧化物SnO2、SiO2等[41]。這類材料充放電機(jī)理是與金屬鋰形成合金。氧化物首次與鋰發(fā)生轉(zhuǎn)化型反應(yīng)，得到金屬單質(zhì)再與里形成合金，在隨后的充放電過程中，只有金屬與鋰形成合金的過程，，并不存在氧化物可逆的轉(zhuǎn)化反應(yīng)[42-44 ]。合金型負(fù)極材料比容量一般
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 馬永敬;;二次鋰電池的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J];電池;1993年06期

本文編號(hào)：2540329