【摘 要】
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随着科学技术的进步,能源危机和环境污染问题日益严重。锂离子电池作为一种绿色的先进储能设备已经广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车等领域。其中负极材料作为锂离子电池主体的重要组成部分,一直是该领域的核心研究方向之一。目前商业化的锂离子电池的负极材料主要是石墨电极材料。虽然石墨负极具有良好的导电性,但其理论容量不高,同时伴随首次库仑效率低、循环性能较差等问题。因此,传统的负极材料已经不能满足人们对于高
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随着科学技术的进步,能源危机和环境污染问题日益严重。锂离子电池作为一种绿色的先进储能设备已经广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车等领域。其中负极材料作为锂离子电池主体的重要组成部分,一直是该领域的核心研究方向之一。目前商业化的锂离子电池的负极材料主要是石墨电极材料。虽然石墨负极具有良好的导电性,但其理论容量不高,同时伴随首次库仑效率低、循环性能较差等问题。因此,传统的负极材料已经不能满足人们对于高性能储能设备不断增加的需求。多元过渡金属化合物与传统的金属氧化物相比,有更大的可逆容量、更好的结构稳定性和相对较高的导电性,作为锂离子电池负极材料展现出巨大的优势和潜力。在多元过渡金属氧化物中通常具有丰富的电化学反应过程,容易实现更高的可逆容量。另外,其中多种金属的协同效应能够抑制活性物质的体积膨胀,赋予电极材料稳定的循环性能。然而,较差的电导率严重限制了多元过渡金属氧化物的电化学性能,同时循环过程中材料的体积变化和颗粒团聚问题尚未得到有效解决。基于以上问题,本论文通过设计多元过渡金属钼基氧化物的复合结构、优化合成方法等策略,以获得一类新型的具有优异性能的锂离子电池负极材料。采用固相合成法制备了 LiNbMoO6和LiNbMoO6/Li2SiO3复合材料。其中,纯相LiNbMoO6作为锂离子电池负极具有较高的初始充放电比容量和优异的循环性能。在使用1 wt%Li2SiO3改性后,在500 mA g-1的电流密度下循环1000次,LiNbMoO6/Li2SiO3复合材料的放电容量可稳定在250 mAh g-1。同时,构建LiNbMoO6表面均匀Li2SiO3薄膜的过程可以在材料中高效引入氧空位。复合材料电化学性能的提高可归因于形成Li2SiO3薄膜所导致的高离子电导率以及存在内部氧空位所导致的高电子电导率。此外,通过非原位XPS和XRD分析讨论,详细揭示了 LiNbMoO6/Li2SiO3复合材料的储锂机理。本研究中独特的电极设计策略,为研制高性能锂离子电池多元过渡金属氧化物电极材料提供了参考借鉴。利用全固态反应物进行超临界水热法在2 h和380℃的条件下,制备了多元钼基氧化物MTeMoO6(M=Zn,Mg,Mn)粉体颗粒,获得了具有均匀颗粒形貌的MTeMoO6(M=Zn,Mg,Mn)化合物。与传统的固相合成方法对比,超临界水热合成方法能够赋予MTeMoO6(M=Zn,Mg,Mn)化合物粉体颗粒良好的分散性和结晶度。此外,详细探究了 MTeMoO6应用于锂离子电池负极材料时的电化学性能。研究发现,超临界水体系合成的ZnTeMoO6化合物粉体材料,组装成锂离子电池负极材料时,在电流密度为100 mAg-1的条件下循环100次,放电容量可稳定在261.8 mAh g-1,同时在大电流密度下表现出优异的倍率性能。该工作为新型电极材料合成提供了新的方法思路。
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