三维中空氧化物/高分子膜核壳纳米结构电极的构建及稳定性研究

摘要

锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备及混合动力汽车，对其性能提出了高倍率、长寿命等要求。金属氧化物具有较高的理论比容量，有望成为新一代锂离子电池负极材料。但是金属氧化物负极在循环过程中发生严重的体积膨胀，电池循环性能较差；同时，金属氧化物电子传导性较低，大倍率充放电性能差。为了实现长寿命、高倍率的性能要求，电极结构设计及修饰非常重要。
　　论文从构造氧化物三维核壳纳米管阵列电极出发，利用ZnO纳米线阵列为模板，制备了SnO2@PPy及Fe2O3@PPy纳米管阵列负极。通过SEM、TEM、电化学循环性能、倍率性能及阻抗性能等测试分析论证了三维核壳纳米管阵列负极电化学性能提高的作用机制。纳米管具有较大的内部空腔，可以通过向内部空腔扩张缓解体积膨胀，防止活性材料相互之间的挤压破坏，改善循环性能，其中SnO2@PPy纳米管阵列负极在100mA g-1条件下进行150次循环后容量仍高达646mAh g-1，容量保留率为63％，与SnO2纳米颗粒负极及未包覆的SnO2纳米管阵列负极相比体现出优秀的电化学性能。同时纳米管管壁较薄，缩短了锂离子的传输距离，有助于电池倍率性能的提高，在5000mA g-1电流密度下，SnO2@PPy纳米管阵列负极容量稳定在221mA h g-1。在此基础上进一步研究了Fe2O3@PPy纳米阵列结构，制备方法更加简单，为工业制备打下基础，在100mA g-1条件下循环150次后可逆容量为665mAh g-1，在1600mA g-1电流密度下可逆容量高达333mAh g-1。论文还通过对Fe2O3@PPy纳米管阵列的XPS元素分析证明PPy包覆有助于电化学反应可逆性的提高。

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第一章 绪论

1.1 锂离子电池简介

1.2 氧化物锂离子电池负极材料研究现状及性能改善方法

1.3 三维纳米结构电极的设计及其实现方法

1.4 研究背景与研究课题

第二章 SnO2@PPy中空纳米管阵列的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验原料及设备

2.3 实验部分

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 Fe2O3@PPy中空纳米管阵列的制备及表征

3.1 引言

3.2 实验原料及设备

3.3 实验部分

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢