介孔/多孔结构MxOy(M= Cu,Co,Ni)的可控合成及其嵌/脱锂特性和电化学改性研究

本项目拟通过低温熔融盐媒介法制备前驱体，再通过液相溶解的方法合成具有介孔或多孔结构的高比表面积MxOy(M= Cu,Co,Ni)纳米材料，揭示纳米粒子的生长规律和机制；深入研究纳米尺寸过渡金属氧化物异常高容量产生的原因以及与纳米结构之间的内在联系；采用有机前驱体对制备的纳米粒子进行C表面改性，大幅度提高循环性能，显著改善快速充放电能力，获得几种具有优异电化学性能的过渡金属氧化物负极材料。本项目是在介孔或多孔结构过渡金属氧化物纳米材料研究基础上的延伸，针对目前存在的主要问题进行设计，为研究不同结构过渡金属氧化物纳米材料的生长机理、充放电机理、纳米结构与电化学性能之间的内在联系以及电化学性能改善等方面提供实验和理论依据，为充分拓展过渡金属氧化物的应用潜力、开发具有自主知识产权的高性能锂离子电池负极材料奠定基础，具有重要的理论意义和应用价值。

为了改善高容量金属氧化物负极材料的循环性能与快速充放电能力，本项目从氧化物形貌尺寸、晶体结构以及与碳材料复合等多个角度进行了研究。研究内容包括：制备中空、多孔纳米材料以及复合材料新方法的设计；纳米材料形貌结构调控与形成机制分析；氧化物形貌尺寸、晶体结构等与电化学性能之间内在联系的研究；过渡金属氧化物异常高容量产生的原因分析等。通过以上研究，得到了几种具有优异循环性能和快速充放电能力的高容量氧化物负极材料。例如，单晶、介孔Co3O4纳米片在2C速率下充放电，容量仍高达890 mAh•g-1，同时保持优异的循环稳定性。上述研究结果为改善高容量金属氧化物负极材料的循环性能与快速充放电能力、拓展高容量金属氧化物的应用潜力提供了重要的实验依据与理论参考。