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1、過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料的研究進展摘要：鋰離子電池具有體積小、質量輕、比能量高、無污染等優(yōu)點，一直是各國研發(fā)的重點領域之一。鋰離子電池主要是由電池殼、電極材料、電解質、隔膜等組成，而電極材料的性能好壞決定了鋰離子電池的性能。鋰離子電池負極材料的研究中，NiO是具有廣泛應用前景的負極材料，因為其由高比容量、無毒、價廉的優(yōu)點。本文主要內容是講述了不同NiO的制備方法以及制備NiO與其它材料的復合材料并對其電化學性能進行研究。關鍵字：鋰離子電池；負極材料；過渡金屬氧化物；NiO隨著當今社會生產力高速發(fā)展，人們對能源的需
2、求量不斷增大，而地球資源有限，使人們在提高石油、煤、天然氣等傳統(tǒng)能源利用率的同時致力尋找新的代替能源。金屬鋰在所有金屬中具備質量輕、氧化還原電位低、質量能量密度大等優(yōu)勢，所以鋰電池成為了可代替能源之一。鋰離子電池的電化學性能主要是取決于其正負極材料和電解質材料的結構和性能，尤其是正負極材料的選擇和質量直接決定著鋰離子電池的特性和價格[1]。價格低、性能高的正負極材料的研發(fā)和合適的電解質的選用一直是鋰離子電池研究的中心。自20世紀90年代鋰離子電池問世以來，一直是碳材料作為商用的負極材料，但是伴隨著對鋰離子電池在儲能、壽命和功
3、率方面要求的增加，而碳負極材料的理論容量僅為372mAh/g，已經不能滿足要求。因此，發(fā)展鋰離子電池關鍵技術的當務之急是開發(fā)具有優(yōu)異性能的電極材料。過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料主要包括NaCl結構的金屬氧化物如MnO、NiO、FeO、CoO和CuO2，及其高價氧化物MnO2、Fe2O3、Fe3O4、Co3O4和CuO。過渡金屬氧化物的儲鋰可逆反應式如下：(1)CoO和Co3O4作為鋰離子電池負極材料的理論容量分別是715mAh/g和890mAh/g。CoO負極材料在30次循環(huán)后放電容量趨于穩(wěn)定為300mAh/g。核殼
4、結構的CoO石墨烯復合材料表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性能，具有50wt.%CoO的復合材料在電流密度為100mA/g下50次循環(huán)后放電容量達到584mAh/g，容量保留率為95%。Yu等[2]合成的泡沫鎳為基體CoO/Li2O復合材料首次放電容量為903mAh/g，首次循環(huán)容量損失率為16.4%，100次循環(huán)后放電容量仍能達到877mAh/g具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。通過多步驟水熱法制備的CoO納米棒和碳納米管自組裝形成核殼結構的復合材料200次循環(huán)后放電容量達到703-746mAh/g，5C電流密度下每次循環(huán)容量損失率為0.029%，具
5、有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。Co3O4具有較高的理論容量而被人們廣泛研究，首次放電容量高于1000mAh/g，首次充電容量為700mAh/g左右，庫倫效率為69%。但是其展示了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，0.2C電流密度下，100次循環(huán)后容量保留率為93.4%。Yuan等發(fā)現(xiàn)納米Co3O4顆粒的容量與顆粒大小有關，隨著Co3O4顆粒增大循環(huán)穩(wěn)定性增加，但容量逐漸減小。Yao等[3]通過研究發(fā)現(xiàn)Co3O4納米線的可逆容量要高于Co3O4納米顆粒。Au-Co3O4納米線復合材料的可逆容量很高，8次循環(huán)之后仍達到1000mAh/g以上。針狀Co3O
6、4納米管首次放電容量為950mAh/g，30次循環(huán)后容量為918mAh/g，每次循環(huán)容量衰減0.1%，但是在電流密度為50mA/g下80次循環(huán)后容量衰減到380mAh/g[4]。Co3O4納米棒/石墨烯納米復合材料展示了優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性能和高放電容量，在電流密度為100mA/g下循環(huán)40次的放電容量是1310mAh/g，在電流密度為1000mA/g下循環(huán)40次的放電容量是190mAh/g，具有高倍率性能[5]。此外，Co3O4薄膜也展示了較好的電化學性能。CuO作為鋰離子電池負極材料具有高容量，對環(huán)境無毒性的優(yōu)點，其理論容量
7、為674mAh/g。其做負極材料在首次放電曲線中，出現(xiàn)了三個平臺分別在2.2-1.9，1.1-1.0和1.0-0.02V，在充電曲線中同樣也出現(xiàn)三個不同的電位平臺，首次充放電容量分別為400和700mAh/g，生成的Cu納米顆粒被氧化為Cu2O而不是CuO導致循環(huán)中的電化學反應時不可逆的。粒徑為0.5μm的CuO負極材料50次循環(huán)后可逆容量由400mAh/g衰減為200mAh/g。Morales等[6]通過研究發(fā)現(xiàn)納米結構的CuO薄膜100次循環(huán)后容量為625mAh/g。此外納米結構的CuO材料，例如納米線、納米帶展示了較高
8、的可逆容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能。超細CuO納米線（~5nm）0.3C電流密度下70次循環(huán)的容量為660mAh/g。CuO納米帶在175次循環(huán)的容量為608mAh/g，400mA/g電流密度下可逆容量達到417mAh/g。另外，Lu和Wang[7]通過研究發(fā)現(xiàn)石墨烯納米片為基底的梭狀納米CuO復
