【摘 要】
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锂离子电池由于有着容量较大,循环稳定等优点,被广泛应用于便携式电子器件、电动汽车、航空航天以及军事等领域。但是它在安全性上仍然存在一些问题,比如:电池膨胀、隔膜刺穿导致的短路等。而嵌入型负极材料是众多负极材料中体积膨胀较小、安全性较好的材料。二维十次准晶Al-Cu-Co是一种周期性片层状材料,锂离子可能在它的片层间进行存储,但目前二维十次准晶的储锂机制尚不明确。本文选取二维十次准晶Al65Cu20
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锂离子电池由于有着容量较大,循环稳定等优点,被广泛应用于便携式电子器件、电动汽车、航空航天以及军事等领域。但是它在安全性上仍然存在一些问题,比如:电池膨胀、隔膜刺穿导致的短路等。而嵌入型负极材料是众多负极材料中体积膨胀较小、安全性较好的材料。二维十次准晶Al-Cu-Co是一种周期性片层状材料,锂离子可能在它的片层间进行存储,但目前二维十次准晶的储锂机制尚不明确。本文选取二维十次准晶Al65Cu20Co15和Al64Cu22Co14作为研究对象,利用XRD、SEM、TEM、STEM和原位TEM表征等手段,研究准晶材料的形貌和微观结构,并探究准晶作为电池负极材料的储锂性能和储锂机制。本文取得的创新性研究成果概括为以下几个方面:（1）采用电弧熔炉法分别制备了Al65Cu20Co15准晶材料和Al64Cu22Co14准晶材料,研究了未热处理和热处理状态准晶材料的储锂性能。未热处理的Al65Cu20Co15准晶形貌为不规则颗粒状,其表现出150 m Ahg-1的可逆容量。而热处理后的Al65Cu20Co15准晶材料呈现出不规则的球状形貌,可逆比容量较低,不利于在高倍率下进行快速充放电,且热处理后的Al65Cu20Co15准晶材料内阻变小。未热处理的Al64Cu22Co14准晶材料表现出不规则颗粒状形貌,且具有52 m Ahg-1的可逆容量。热处理后的Al64Cu22Co14准晶比容量较低,但是扩容率较大,而且热处理后的Al64Cu22Co14准晶材料内阻变大。这些材料在经过1000个循环后都保持了超过90%的可逆容量,且表现出一定程度的扩容现象,表现了良好的结构稳定性。（2）采用透射电子显微镜对未热处理的Al65Cu20Co15准晶材料进行了原位微观纳米电池的充/放电测试。充放电过程中的原位形貌显示,充放电过程中准晶材料未发生明显的体积膨胀。原位电子衍射结果显示电子衍射图没有发生改变,表明准晶材料在充放电过程中并未发生结构变化。对进行1000圈充放电后的Al65Cu20Co15准晶材料进行TEM和HAADF表征,发现Al65Cu20Co15准晶材料的形貌和周期性片层状结构都未发生变化。（3）针对Al64Cu22Co14准晶存在比容量较小的问题,结合其电导率较低的特点,对其进行了碳复合改性。采用导电性较好的碳化牛血清蛋白（CBSA）和还原氧化石墨烯（RGO）作为碳源,分别制备了复合材料。实验结果表明CBSA复合材料可逆容量较小,更利于在高倍率下快速充放电,且有着较小的内阻。而RGO复合材料有着较高比容量,但是由于RGO材料的本身性质限制,并没有像原始准晶材料一样表现出优秀的扩容现象。研究结果对准晶材料作为电池负极材料的改性提供了参考性的意见。
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