核壳型金属氧化物纳米结构的设计、合成与储锂性能研究

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1、核壳型金属氧化物纳米结构的设计、合成与储锂性能研究学位论文完成H期：2Q!垒生垒目23目指导教师签字：答辩委员会成员签字：摘要核壳型金属氧化物纳米结构的设计、合成与储锂性能研究早在儿十年以前，可充电锂离子电池就备受关注，因为它被认为是最重要的绿色环保能量储存技术。近来，对于更高容量、更高功率密度、更好循环性能、更好倍率性能的锂离子电池的需求也呼之欲出，尤其体现在电混合动力车辆的应用上面。石墨作为一种最常用的商业化阳极材料，由于其低理论容量(372mAhg-1)、欠佳的倍率性能，以及本身的安全问题等的限制，已经无法满足日益增长的需求。过渡金属

2、氧化物因为其高理论容量被认为是最有前景的能代替石墨的材料，但是由于其在嵌锂过程中会发生巨大的体积膨胀(一般认为是原来的300％)，该材料的循环性能往往很差。于是，人们为了对该材料进行性能优化，一般用以下两种方法：①将材料做成纳米结构(纳米棒，纳米片等)；⑦对材料进行包覆，一般最常用的就是用碳包覆。由于Fe203理论容量高(1007mAhg-1)，化学和热稳定性好，自然资源丰富，成本低，对环境友好，以及它可以很容易做成大小适合的纳米结构等优点，我们采用Fez03为核并对其进行包覆。而碳壳由于过充电能力差往往具有安全隐患，我们选择了安全性能高，

3、倍率性能好，无体积效应的Ti02来对Fe203进行包覆。该复合材料为一罐介孔纳米核壳结构，在lAg。的大电流密度下拥有860mAhg。1的高比容量，并．日．表现出超长的循环寿命，可达1000次以上。由于其多孔结构，该材料也表现出较高的光催化性，也是一种良好的光降解材料，在紫外光和可见光的照射下对甲基橙表现出优良的光催化性，在80min紫外光照射下可降解90％甲基橙，在6h可见光照射下可降解70％甲基橙。主要研究工作有：(1)材料的合成：①水热合法以FeCl3为原料合成前驱体FeOOH；⑦StiSber法以FeOOH、氨水和钛酸丁酯为原料，合

4、成核壳型的前驱体FeOOH@Ti02纳米棒；③通过煅烧FeOOH@Ti02纳米棒合成以多孑L的Fe203为核，以多孑L的Ti02为壳的介孑L纳米复合材料。(2)材料的表征及性能测试：合成各阶段材料的同时，通过X射线衍射(XRD)、扫描电予显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析，N2吸脱附等温线分析，紫外．可见漫反射光摘要谱分析，荧光光谱分析等分析测试手段对所得的复合材料进行表征，用LAND电池测试，循环伏安法等手段对材料进行电化学性能测试，同时用光降解模型对材料进行光催化性能测试。关键词：高容量；过渡金属氧化物；核壳结构；光催

5、化性；StSber法ABSTRACTTHEDESIGN，SY-NTHESISOFTHECORE．SHELLMETALOXIDENANOCOMPOSITESANDTHERESEARCHONITSLITHIUMSTORAGEPROPERTIESABSTRACTAsearlyasafewdecadesago，rechargeablelithiumionbatteries(LIBS)isinfocus，becauseitisconsideredtobeoneofthemostimportantgreenenergystoragetechnology

6、．Recently,thedemandofthehighercapacity,higherpowerdensity,bettercycleperformance，andbetterratecapbilityLIBShasbeenraised，particularlyintheapplicationofhybridvehicles．Graphit，asoneofthemostcommonlyusedcommercialanodematerials，duetoitslowtheoreticalcapacityof372mAhg-Ithepoor

7、high-rateperformance，andthesecurityproblemsofitself,hasbeenunabletomeettheincreasingdemand．Duetoitshightheoreticalcapacity，transitionmetaloxidesisconsideredtobethemostpromisingmaterialwhichcantaketheplaceofgraphite．However，itwillinducegreatvolumeexpansionintheprocessotLith

8、iuminserting(itSgenerallyconsideredtobe300％)．Thesematerialsusuallyshowshortcyclinglife．So