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第 7 期                   崔朝军，等:  碳包覆锂锰钒氧纳米材料的制备及其电化学性能                                   ·1145·


                 随着经济社会的快速发展，能源问题和环境问                          以期获得电化学性能较佳的动力电池负极材料，为进
            题日趋严重。因此，清洁、高效、安全、可再生能                             一步提高储能材料的电化学性能提供新材料。
            源的研发和应用已迫在眉睫。锂离子电池作为一种
                                                               1   实验部分
            储能器件具有能量密度高、输出功率大、自放电小、
            寿命长、环境友好等优点，被广泛应用于手机、笔记                            1.1   主要试剂
            本电脑、数码相机等便携式电子器件中                  [1-3] 。近年来，
                                                                   五氧化二钒，AR，上海科丰实业有限公司；过
            为解决能源和环境问题，世界各国都在大力研发和
                                                               氧化氢（质量分数 30%），AR，洛阳市化学试剂厂；
            推广新能源电动汽车，而新能源电动汽车对动力电
                                                               醋酸锂、醋酸锰，AR，上海阿拉丁生化科技股份有
            池的电化学性能也提出了更高的要求，容量高、倍
                                                               限公司；葡萄糖，AR，天津市光复科技发展有限公
            率大、寿命长以及安全环保的高性能动力储能电池
            的出现是新能源电动汽车快速普及的重要前提                      [3-5] 。   司；1-甲基-2-吡咯烷酮，AR，国药集团化学试剂有
                                                               限公司；乙炔黑、聚偏氟乙烯、LiPF 6 电解液，电池
                 在制约锂离子电池电化学性能的多个关键因素
                                              [6]
            中，负极材料的电化学性能至关重要 。目前，商                             级，苏州乾民化学试剂有限公司。
                                                               1.2   制备
            业化的锂离子电池负极材料仍以碳基材料为主。但
                                                                   根据前期的工作，再结合相关文献，本文设计了
            是，碳基负极材料由于理论比容量较低，限制了其
                                                               一条制备方法简单、成本低廉的合成路线                  [10-14,18] 。
            在动力储能电池中的应用。硅基负极材料具有较高
                                                                   首先，将 0.91 g 五氧化二钒缓慢加入到 40 mL
            的理论比容量，但其在充放电过程中体积变化较大
                                                               过氧化氢中，充分搅拌后得到均匀透明的五氧化二
            所导致的比容量衰减，严重影响了硅基负极材料的
                                                               钒水溶胶。将 1.02 g 醋酸锂缓慢加入到五氧化二钒
            循环性能。氧化钒基纳米材料具有价态丰富、层状
                                                               水溶胶中，搅拌均匀后再将 2.45 g 醋酸锰缓慢加入
            结构、比容量高、可逆性及倍率性能好等优点，因而
            引起了国内外电极材料研究者的广泛关注                   [7-10] 。具有    到上述溶液中，保持 n(Li)∶n(Mn)∶n(V)= 1∶1∶1，
                                                               搅拌均匀后得到锂锰钒氧化合物前驱体。
            反尖晶石结构的 LiMVO 4 （M=Ni、Cu、Co、Zn、
            Mn）作为锂离子电池负极材料时，具有较高的比容                                其次，将一定质量的葡萄糖作为碳源加入到上
            量（约 800 mA·h/g），是一种非常有应用前景的电                       述前驱体中，搅拌均匀后移入水热釜中，200 ℃恒
            极材料    [7-8,11-14] 。                               温反应 12 h，自然冷却至室温，所得产物用去离子
                 LiMnVO 4 作为锂离子电池负极材料，尽管首次                     水和无水乙醇洗涤数次后放入真空干燥箱中 80 ℃
            比容量较高，但由于电导率低、比容量衰减严重等                             干燥，最后获得碳包覆的锂锰钒氧纳米材料。为了
            原因，很难满足新能源电动汽车动力储能电池的需                             优化碳包覆锂锰钒氧纳米材料的电化学性能，分别
            求 [13-14] 。最新研究表明    [15-20] ，通过离子掺杂和表面            制备了碳质量分数为 0%、5%、10%和 15%的碳包
            修饰不但能够提高材料的导电性能，而且还能稳定                             覆锂锰钒氧纳米材料。
            材料的结构。其中，碳包覆被认为是最普遍、最有                             1.3   电极材料的制备及电池组装
            效的一种表面修饰方法。通过碳包覆不仅能提高纳                                 将上述制备的样品作为活性材料与乙炔黑、聚
            米电极材料的界面稳定性，抑制晶粒的长大和团聚，                            偏氟乙烯按质量比 8∶1∶1 溶入 1 mL  1-甲基-2-吡
            而且能改善复合电极材料的电子导电性，从而提高                             咯烷酮溶剂中，搅拌均匀后涂在铜箔上，120 ℃真
            纳米电极材料的循环稳定性和倍率性能。史楠楠                       [17]   空干燥箱中热处理 12 h 后取出，剪裁成圆片作负极
            等通过球磨辅助高温固相法，合成了氮掺杂碳包覆                             材料，锂片作对电极，Celgard 2500 复合膜作隔膜，
            Li 4 Ti 5 O 12 ，电化学性能测试表明，该法极大地提高                  1 mol/L 的 LiPF 6 碳酸乙烯酯（EC）/碳酸二乙酯（DMC）
            了电极材料的倍率性能和循环稳定性。姬晓旭                      [18] 等   /甲基碳酸乙烯（EMC）（体积比 1∶1∶1）溶液作电解
            以葡萄糖为碳源，利用简单的水热法成功制备了碳                             液，在充满氩气的手套箱中组装成 2025 型纽扣电池                 [10] 。
            包覆的 Zn 2 SnO 4 纳米颗粒，其电化学性能明显优于                     1.4   表征
            未包覆的 Zn 2 SnO 4 纳米颗粒。                                  样品的微观形貌采用 Merlin 型场发射扫描电子
                 LiMVO 4 的制备主要采用固相法、溶胶-凝胶法                     显微镜（德国 Zeiss 公司）和 JEM-2010 型高分辨透
            和水热法。相比传统的固相法，溶胶-凝胶法和水热                            射电子显微镜（日本 JEOL）观察；样品的元素分析
            法具有合成温度低、反应时间短、易于合成、形貌                             采用 X 射线能谱仪（英国 Oxford Instruments，
            均一等优点。本文利用溶胶-凝胶法结合水热合成技                            X-MaxN）测试；样品的 XRD 测试在德国 Bruker AXS
            术制备了不同碳质量分数的碳包覆锂锰钒氧纳米材                             D8 X 射线衍射仪上进行；样品的拉曼光谱采用法国
            料，并在形貌、结构及电化学性能方面进行了考察，                            Horiba 公司的 LabRAM HR Evolution 测试；样品的
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