电化学研磨合成纳米级过渡金属及其过渡金属氧化物的电化学性能的研究.pdf

电化学研磨合成纳米级过渡金属及过渡金属氧化物的电化学性能研究摘要锂离子电池的发展推动着人们探索可能的新的电极材料以提高锂离子电池的性能,促进其产业化的发展。锂离子电池的电化学性能取决于正极材料、负极材料和电解质。传统的锂离子电池电极材料一般为脱嵌式化合物,如常见的氧化钴锂、氧化镍锂、石墨等。一些非脱嵌式化合物如CoO、C0304、LaC003等表现出更高的可逆循环容量,有望成为新一代的负极材料。而近年来,纳米金属材料由于其特有的性能而引起关注,得到了很大的发展。本论文一方面在于探索一些有前途的金属氧化物的电化学性能及机理,另一方面在于利用这种电化学反应,从锂电池中提取金属纳米粒子。论文的第一章首先综述了锂离子电池的优缺点、锂离子电池的结构和工作原理、锂离子电池常用的电极材料和电解质材料,详细叙述了目前常用的锂离子电池负极材料。此外,第一章中对于金属纳米材料常用的合成方法进行了介绍和评述。Tarascon和其他研究组对过渡金属氧化物与金属锂的电化学反应机理的研究发现,其还原产物为金属单质,而且以纳米级粒子形式存在,由此第二章提出了利用在锂电池中金属锂对商品金属氧化物颗粒的还原来合成纳米金属颗粒的新颖合成路线,并称作电化学研磨的方法。(XAFS)分析在锂离子嵌入过程中Ni原子的化合价和配位数的变化,推测金属锂还原过渡金属氧化物的过程。研究结果表明,商品NiO粉在锂电池中被金属锂还原的产物,得到了纳米尺度的金属Ni,说明这种电化学研磨合成具有磁性的金属Ni的纳米颗粒方法是可行的。同时,我们发现合成的纳米Ni的形貌受电流密度和放电温度及循环次数的影响。在论文第三章,我们利用相同的电化学研磨方法,制备出纳米级过渡金属单质银,并发现电流密度和放电温度对单质银形貌的影响与对单质Ni的影响一致,说明电化学还原法制备过渡金属单质具有可推广性。,,分析了其在锂离子电池中的电化学性能。结果表明:具有合适形貌和比表面积的纳米棒状结构C0304具有优越电化学性能:首次放电容量为954mAh/g,35次循环后容量仍然保持在807mAh/g。本论文通过改变烧结温度和在水热过程中加入表面活性剂制备不同形貌C0304,包括纳米片、纳米颗粒等,发现形貌不同的C0304具有的电化学性能差异很大,分析纳米棒状C0304具有优越电化学性能的可能原因。论文的最后(第五章)对本研究所取得的成果及存在的不足之处作了简要的综述,并对今后可能的研究方向进行了展望和提出了建议。关键词:锂离子电池负极材料电化学还原过渡金属氧化物单质镍SynthesisofNano.-ScaledElectrochemicalMillin2andPerformancesoftheTraTransitionMetalsbylransltlOUetaStudyofElectrochemicalnsitionMetalOxidesABSTRACTThedevelopmentoftheLi-ionbatteriesimpulsesresearcherstoexploresomenewpossibleelectrodematerials,improvetheperformancesoftheLi-ionbatteriesandpromotethedevelopmentofLi-ionbatteries’—ionbatteriesdependonthecathodematerials,—ionbatteriesareinsertion/poundssuchasLiC002,—insertion/poundssuchasCoO,,researchers’attentionshavebeenattractedinnano-,,weprepared