【正文】 250nm，其管壁厚度為~40nm，長度為~40um，且兩端開口，納米管彼此分散。然而，300%的體積膨脹，導(dǎo)致電極材料粉化，硅與導(dǎo)體的接觸有較大的損失，導(dǎo)致循環(huán)性能下降。 硅納米管 當硅與鋰反應(yīng)時。 進一步研究后，LiFen等[30]提出了一種核殼型硅納米線結(jié)構(gòu)，用無定形Si作為殼體，因為無定性Si相對于晶體Si電化學(xué)活性更活潑些，具有更好的儲鋰能力，晶體Si作為核心起機械支撐的作用，并且為無定性Si殼體上嵌入的鋰離子提供一個高效的導(dǎo)電通路，這種核殼結(jié)構(gòu)第一次充電比容量為1000mAh/g，經(jīng)過100次循環(huán)后的可逆容量為初始值的90%。隨著研究的不斷深入, 單一活性摻雜或者惰性摻雜雖然能夠部分抑制硅基材料的體積膨脹, 但還是無法完全解決硅的分散和團聚問題, 因而近年來許多學(xué)者對多相硅基材料方面作了有益的嘗試。Sun等[26]采用電弧熔煉法制備了AlSiMn的合金負極材料，發(fā)現(xiàn)當ｎ（Al）∶ｎ（Si）∶ｎ（Mn）＝53∶40∶7時，循環(huán)性能最穩(wěn)定，可逆容量始終為500mAh/g左右，原因在于硅錳的過飽和固溶體使Al的晶格不被破壞。發(fā)現(xiàn)當ｎ（Si）∶ｎ（Ni）＝６∶１時，循環(huán)性能最好，以1540mAh/g的可逆容量穩(wěn)定循環(huán)28次。30次循環(huán)后可逆容量為531mAh/g,%。近幾年，又提出了用Si納米線作為負極材料。 為解決這一問題，人們利用納米粉末Si作為負極材料，但研究發(fā)現(xiàn)鋰離子的反復(fù)嵌入和脫出會使納米硅顆粒發(fā)生團聚，導(dǎo)致電池循環(huán)性能下降。（3）復(fù)合材料使鋰離子的擴散路徑變短，改善性能。h/ g 。h/ g，20次循環(huán)后容量為642 mA 一個有趣的現(xiàn)象是，在五次循環(huán)后，Co3O4/石墨烯的比容量為~800 mA 石墨烯與Co3O4納米顆粒之間有很強的作用，使Co3O4納米顆粒不會脫落，且阻止Co3O4納米顆粒團聚?？紤]到石墨烯的二維結(jié)構(gòu)，單層原子的厚度，大的比表面積，很強的機械強度和非常高的電導(dǎo)率等優(yōu)良性質(zhì)，可以將Co3O4與石墨烯構(gòu)成復(fù)合材料作為陽極材料。h/ g，高于石墨理論比容量（372mA h/ g ?？梢园l(fā)現(xiàn)，TiO2FGS的比容量高于純TiO2，且隨著倍率的提高，這種差距逐漸加大。TEM和SEM圖像顯示，桿狀的TiO2金紅石顆粒隨機分布在石墨烯的表面，TiO2金紅石顆粒的粒徑為5nm，且平行于石墨烯的表面。因為石墨烯大的表面積和很高的電導(dǎo)率，可以將兩種材料復(fù)合作為電極材料。 鐵的另外一種氧化物Fe2O3雖不如Fe3O4的風光無二，但它儲量豐富，成本低，并且無毒，所以，也有人研究過它與石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)。因此，這種穩(wěn)固的結(jié)合提高了整體的電化學(xué)性能。2008年，Zhang Weiming等14提出了一種C覆蓋的F3O4納米紡錘結(jié)構(gòu)，通過對表面覆蓋C的單分散赤鐵礦進行局部壓縮合成。不出意料，分層組裝的MoO2|石墨烯有很好的性能。而在400mA/g的電流密度下，電容量也高達780mAh/g。(2) 錳的氧化物相比其他金屬，錳價格低廉，對環(huán)境污染小，但其電導(dǎo)率很小，電容量也很小（小于400mAh/g）。2010年又出現(xiàn)了一種新的SnO2與碳材料復(fù)合的納米結(jié)構(gòu)，通過在SnO2和碳納米管模板的序列中的碳層的均勻沉積，形成的碳納米管二氧化錫碳的同軸納米電纜結(jié)構(gòu)，而這種碳納米管二氧化錫碳的同軸納米電纜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料已經(jīng)做為鋰離子電池負極材料得到應(yīng)用。GNT所得復(fù)合材料優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性，因而選擇此復(fù)合材料在鋰離子電池中作為電極材料的優(yōu)越性得到了體現(xiàn)[10]。石墨薄片均勻的分散在多孔的SnO2納米材料空隙中，獲得的SnO2/GNS復(fù)合材料表現(xiàn)出可逆容量為810mA/g。（1） 錫的氧化物錫基氧化物儲鋰材料有容量密度較高、清潔無污染、原料來源廣泛、價格便宜等優(yōu)點，所以是金屬氧化物與C的復(fù)合材料中的研究重點。 與過渡金屬氧化物進行復(fù)合 過渡金屬氧化物( MxOy，M = Sn、Co、Fe、Mn、Cu、Ni等)由于其較高的比容量，引起了人們的廣泛關(guān)注。Si原子在碳材料中的納米摻雜可以顯著提高比容量，Si在嵌入Li時會形成含Li量很高的合金，理論容量為4200mAh/g. .N摻雜和B摻雜不僅可以提高比容量，雖然提高效果不如Si原子，但它還可以顯著提高充放電速率[8]。Okuno等[6]研究了用中間相瀝青碳(MPc)修飾的焦碳電極，其比容量達到了300～310mAh／g，可是未經(jīng)修飾的焦碳電極的比容量僅170～250 mAh／8。在表面修飾方面，前人作了大量的工作。這將大大減小其改性電極材料的首次不可逆比容量，最近，鋰離子存儲容量石墨烯被發(fā)現(xiàn)是784毫安/ 15克，這是兩倍石墨的能力實現(xiàn)平穩(wěn)快速地充放電。這種特殊的結(jié)構(gòu)使得鋰離子的嵌入深度小，路徑短。石墨在碳家族中首先被用于商品化鋰離子電池的負極材料，解決了金屬鋰做負極材料時存在的安全問題，實現(xiàn)了可逆充放電，但受層間儲鋰數(shù)量所限，它的比容量低。這類材料一般應(yīng)具有以下性能[3]： （1）在負極材料中大量鋰離子可以發(fā)生可逆插入和脫嵌以獲得高比容量；（2）氧化還原電位隨鋰離子插入量的變化應(yīng)該盡可能小，這樣電池的電壓不會發(fā)生顯著變化，可保持較平穩(wěn)的充放電；（3）在整個插入/脫嵌過程中，鋰離子的插入和脫嵌不引起材料結(jié)構(gòu)的較大變化，以確保良好的循環(huán)性能（4）鋰離子在電極材料中有較大的擴散系數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充放電；（5）插入化合物有較好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，這樣可以減少極化，并能進行大電流充放電。鋰離子經(jīng)電解液到達石墨負極，插入到石墨片層，同時電子作為補償電荷從外電路到達石墨負極，以保證負極的電荷平衡。充電時從正極材料中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向負極遷移，同時電子在外電路從正極流向負極，在負極得到電子后向負極晶格中嵌入，放電時則相反。進入二十世紀90年代，納米科學(xué)技術(shù)擴展到電化學(xué)領(lǐng)域。然而，對于單純的金屬氧化物負極材料，盡管其理論的比容量較高，但其循環(huán)穩(wěn)定性不及碳材料，且倍率性能低，故在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了基于過渡金屬氧化物的復(fù)合材料[1]。 鋰離子電池性能的提高關(guān)鍵在于其電極材料性能的改善，而負極材料是提高電池容量和循還性能的重要因素。鋰離子電池作為一種綠色能源，具有工作電壓高，質(zhì)量輕，比能量大，自放電小，循環(huán)壽命長，無記憶效應(yīng)，無環(huán)境污染等突出優(yōu)點，被認為是攝像機、移動電話、筆記本電腦以及便攜式測量儀器等電子裝置小型輕量化的理想電源，也是未來汽車高能動力電池的首選電源。不同納米材料在電極材料中的應(yīng)用研究摘要：提高鋰離子電池的性能，關(guān)鍵在于選取合適的電極材料。關(guān)鍵詞：鋰離子電池 石墨烯 過渡金屬氧化物 儲鋰 復(fù)合材料0 引言能源和環(huán)境是人類跨入21 世紀面對的兩個嚴峻的問題，開發(fā)新能源和可再生清潔能源是世界經(jīng)濟中最具決定性影響的技術(shù)領(lǐng)域之一。對鋰離子電池進行性能上的改善和提高，主要可以從電極材料、電解質(zhì)和電池組裝工藝3個方面入手。而過渡金屬氧化物( MxOy，M = Sn、Co、Fe、Mn、Cu、Ni等)由于其較高的比容量，引起了人們的廣泛關(guān)注。此外，一維納米線、孔結(jié)構(gòu)的氧化物負極材料等也得到了長足的發(fā)展。1 鋰離子電池的工作原理鋰離子電池由正極、負極和電解質(zhì)構(gòu)成。充電時，鋰離子從八面體位置脫出，釋放一個電子，氧化為。2 鋰離子電池對于負極材料的要求 目前，發(fā)展高比容量鋰離子電池的關(guān)鍵在于制備能夠可逆插入 和脫嵌鋰離子的負極材料。此外還有低溫處理碳前驅(qū)體得到的無定形碳材料。碳納米管僅為納米尺寸，管與管之間交錯的縫隙也僅為納米尺寸。后來發(fā)現(xiàn)的石墨烯具有與碳納米管相似甚至更優(yōu)秀的性能，更大的比表面積、更高的電子遷移率、較小的質(zhì)量密度、好的延展性、高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性等，此外，其單層的分子結(jié)構(gòu)，使得鑲嵌在其表面的鋰離子在脫嵌時少了很多限制，即鋰離子在插入和脫嵌時具有的對稱性增強[4]。因此．前人為了改善碳材料作為鋰離子電池負極材料時的電化學(xué)性能，還研究丁對碳材料的修飾、改性。同時他們也得出了在硬碳外沉積一層軟碳能降低碳材的不可逆容量的結(jié)論。較常見的摻雜元素包括B、Si、N、S、P、Ni、Pb。所以，通過摻雜改善電極材料的性能是行之有效的。此外，碳材料是導(dǎo)體，利于電子的傳輸，彌補了過渡金屬氧