论文部分内容阅读
锂离子电池具有很高的质量比能量和体积比能量，循环寿命长，可充且无污染，无记忆效应等优点，因而得到了现在许多便携式电子设备和电池电源高效混合动力汽车或电动汽车的普遍应用。为了满足日益增长的对高性能锂离子电池的需求，有效的解决方案之一是利用纳米材料具有反应活性高，以及独特的结构优势有利于电荷传导和物质输送，有效的提高锂电池的性能。因此，本文主要研究了棒状CoMn2O4,球状Li4Ti5O12和Fe2O3@TiO2中空纳米管的制备及电化学性能。具体工作如下；（1）利用水热法合成出二氧化锰，并以二氧化锰为模板合成直径约100nm长度约几十微米的单晶状的锰酸钴，电化学性能测试表明锰酸钴产物在电流密度为100mA/g时，循环100圈后容量达到512mAh/g,库伦效率达到近98%。当电流密度高达1000mA/g时容量保持在400mAh/g.表现出高电容量以及良好的循环可逆性。表明了锰酸钴纳米棒作为负极材料在锂离子电池应用方面具有极大的潜力。（2）以锐钛矿型二氧化钛作为模板，通过水热法合成出尖晶石型的钛酸锂并以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为碳源对样品进行碳包覆。利用XRD、SEM、XPS和电化学测试系统对样品进行了表征及测试。电化学性能测试表明，包碳后的钛酸锂在电流密度为1C循环100圈后容量达到160mAh/g，相比在电流密度在2C时循环100圈后，其循环稳定性减少的非常小。更优异于未进行碳包覆的钛酸锂。与此同时，我们也对复合材料的温度湿度影响进行了研究，当湿度从50%增加到90%容量基本保持在175mAh/g,当温度从室温增至50°C时，容量达到220mAh/g。实验结果表明，碳包覆可以提高电极材料的导电性，有利于锂离子的嵌入脱出。（3）以钛酸异丙脂和氯化铁为原料，采用同轴静电纺丝法制备了Fe2O3@TiO2空心结构纳米纤维。对其结构进行了表征,制备的纳米管直径约240nm，将Fe2O3@TiO2纳米纤维作电极材料组装成模拟电池测试电化学性能，该材料在电流密度为200mA/g下，循环150圈后电容量保持在780mAh/g且库伦效率一直维持在约99%,同时Fe2O3@TiO2纳米纤维表现出良好的倍率性能，当电流密度增至800mA/g时，循环150圈后电容量保持在740mAh/g,衰减很小。这主要是由于具有中空结构的Fe2O3@TiO2纳米纤维缩短了锂离子的扩散路径，有利于锂离子的快速嵌入和脱出，能明显提高材料的动力学性能。