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锂离子电池作为一种新型绿色储能器件在手机、笔记本电脑、电动车以及航空等领域有着广泛的应用。石墨作为锂离子电池商业化的负极材料,具有循环性能稳定、循环寿命长和导电性好等优点,但理论容量仅有372 mAh g-1,不能满足新一代高容量电池的需求。金属氧化物具有较高的理论容量,然而其较低的导电性和充放电过程的体积膨胀,易导致颗粒破碎,使电容量急剧下降,倍率性能变差。为了进一步提高锂离子电池的性能,将金属氧化物与具有一定孔结构的炭材料复合作为电池的负极材料,一方面可以发挥金属氧化物容量高的特性,另一方面也可以发挥炭材料导电性好的优势,并且将金属氧化物固定于炭材料的孔结构中,以避免充放电过程中由于体积膨胀而破碎。基于上述分析,本文分别利用活性炭(AC)和介孔炭(CMK-3)制备了CuOx/AC和CoFe2O4/CMK-3复合材料作为锂电池负极材料,主要研究结果如下: (1)AC浸渍Cu(NO3)2,然后经350℃焙烧形成的CuOx/AC材料,CuOx颗粒约22.11 nm左右,分布均一,且晶相以Cu2O为主;而经过甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯催化反应后,CuOx颗粒有所增大,晶相以 Cu0为主;进一步低温烘烤处理后,CuOx颗粒进一步增大,以CuO晶相为主。 (2)对CuOx/AC进行电化学测试,在电流密度为0.1 A g-1下循环100圈后,第三样品的可逆容量(621.3 mAh g-1)明显高于前两个样品(分别为446.1 mAh g-1和420.7 mAh g-1),倍率性能也明显优于前两种样品;在大电流密度为1 A g-1,循环500圈后,该样品的可逆容量仍可达359.6 mAh g-1;证明CuOx/AC作为锂离子电池负极材料时,Cu初始价态具有重要的影响。 (3)CMK-3浸渍Co(NO3)2和Fe(NO3)3,然后经550 oC焙烧制备出不同质量比的CoFe2O4/CMK-3复合材料(5CoFe2O4/CMK-3,6CoFe2O4/CMK-3,7CoFe2O4/CMK-3,8CoFe2O4/CMK-3)。经电流密度为0.1 A g-1循环100圈后可逆容量对比,发现CoFe2O4/CMK-3复合材料均优于纯 CoFe2O4和 CMK-3;其中6CoFe2O4/CMK-3的可逆容量最高(1277.7 mAh g-1)。 (4)在6CoFe2O4/CMK-3复合材料中,氧化物颗粒均匀地分散在CMK-3的表面和孔道内部,孔道内的颗粒尺寸大约为2.11 nm。循环100圈后,其孔道结构和晶体结构亦保持有序稳定。在大电流密度1 A g-1、2 A g-1和5 A g-1下各自循环500圈、2000圈和5000圈后,可逆容量仍达482.6 mAh g-1、314.5 mAh g-1和211.8 mAh g-1,说明具有良好的快速充放电性能;证明CoFe2O4/CMK-3作为锂离子电池负极材料时,具有稳定的结构和优异的电化学性能。