● 摘要
摘 要
与传统的二次电池相比，锂离子电池因具有高能量密度、高工作电压、无记忆效应、循环寿命长等突出特点，受到了各国学者的广泛关注，其应用领域也在不断扩大。就锂离子电池负极材料而言，碳材料是目前使用范围最广的电极材料，其中碳微球因具有独特的球形结构，填充密度高，颗粒分布均匀，有利于电解液对电极的浸润而受到人们的广泛重视，但其理论容量太小，难以满足人们对大容量电池的要求，因此在改进现有碳材料的同时也应努力寻找开发性能优良的碳替代材料。MoO2因开发成本低、毒性小、具有较高的理论容量和良好的循环性能，是一类很有潜力的碳替代材料。
本文在详细分析和总结锂离子电池负极材料研究进展的基础上，采用一系列方法合成了不同形貌的碳微球材料以及MoO2-C中空复合微球，将其制作成锂离子电池并进行了一系列的分析表征。采用SEM、TEM、XRD、BET等测试对材料进行结构表征，采用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等测试对材料进行电化学性能表征，主要结论如下：
1. 以三嵌段共聚物F108为表面活性剂，2,4-二羟基苯甲酸和甲醛为反应物，L-赖氨酸为催化剂制备了球形碳材料，考察了不同的合成、水洗条件对碳微球形貌的影响，最终合成了三种不同形貌的碳微球，即实心碳微球、中心网格状碳微球和空心碳微球。采用透射电子显微镜进行了微球形貌的表征，通过对不同形貌碳微球的电化学性能测试发现，形貌对碳微球的电化学性能有较大影响，其中，中心网格状碳微球W-48的电化学性能最好，其首次可逆容量为865 mA h g-1，前50次循环的平均可逆容量为544 mA h g-1，经过50次循环后可逆容量为492 mA h g-1，高于石墨材料的理论比容量372 mA h g-1。
2. 以三嵌段共聚物F108为表面活性剂，2,4-二羟基苯甲酸和甲醛为反应物，合成添加金属氧化物MoO3，L-赖氨酸为催化剂制备MoO2-聚合物中空微球，经高温炭化转变为MoO2-C中空复合微球。通过环境扫面电子显微镜与透射电子显微镜观察发现：微球的球径约700 nm，壁厚约60 nm，MoO2的粒径约12 nm，且随着MoO3掺入量的增多，微球表面覆盖的MoO2颗粒也越密集。物理吸附仪测试结果表明：随着MoO3加入量的增多，材料的比表面积逐渐变小，且材料的孔径分布主要在中空。电化学性能表征得到MoO2-C复合电极相较于Pure-C电极的电化学性能有了很大的改善，分别体现在循环稳定性与可逆容量上，当合成原料MoO3与碳微球的质量比为7:3时，MoO2-C电极的电化学性能最好，首次可逆容量为574.2 mA h g-1，前80次循环的平均可逆容量为635.4 mA h g-1，第80次循环的可逆容量为618.9 mA h g-1，容量保持率高达107.8%。