氧化铜纳米线的制备及其锂电性能研究
近年来，锂离子电池作为绿色无污染的新能源，获得了科学家们的青睐，锂离子电池的工业化也逐步走向成熟。但是工业化的碳负极材料比容量较低，循环稳定性差，本课题的目的就是寻找一种材料代替工业化的碳负极材料。CuO作为负极材料，理论比容量为674mAh/g，是碳负极材料的两倍，且循环性能稳定。因此，本文利用操作简单、可控性强的热氧化法制备出了CuO纳米线，并测试了其储锂性能。
本文采用了热氧化法制备CuO纳米线，其基本形貌特征为垂直于铜基生长，低端粗，顶端尖的一维纳米线。剥落的氧化层是不同氧化物的层状叠加，从上到下依次为:CuO纳米线层，CuO层，Cu2O层。并探索了氧化温度、氧化时间、升温速率、铜箔厚度、不同基底对其形貌的影响。有利于CuO纳米线生长的工艺条件为:长的氧化时间、缓慢升温、lmm厚度的铜箔，最佳氧化温度为500℃。并根据研究结果，推测热氧化法制备CuO纳米线的机理符合尖端生长理论，CuO和Cu2O晶格不匹配产生的内应力为铜离子的扩散提供了驱动力。
利用不同工艺条件下制备出CuO纳米线作为负极材料，测试了其锂电性能。氧化温度为500℃时，CuO纳米线生长情况最好，因此其锂电性能最优越。电流密度为50mA/g，循环50次，比容量保持在350mAh/g，循环稳定性良好。由于起主导作用的为Cu2O，Cu2O的理论容量较低，因此其比容量只有理论值的50％左右。
将之前的产物用浓氨水进行后处理，将Cu2O全部转变为CuO。得到了直径减小，长度增加，缠绕在一起的CuO纳米线。将其作为负极材料，测试了其锂电性能。电流密度为50mA/g时，比容量为550mAh/g左右，比容量为商业化碳电极的1.5倍，循环稳定性良好，倍率性能良好。
氧化铜纳米线;热氧化法;锂离子电池;负极材料
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
宋怀河
2012
中文
TM912.9;TM287
71
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）