摘 要

锂离子电池作为一种高效便捷的储能设备，因其功率密度高、循环性能好等优势而备受关注，其负极材料也成为研究热点。MoO₂因具有特殊的畸变金红石结构，有利于锂离子的嵌入和脱出，因此具有较高的可逆容量，这引起了广大研究者的兴趣。但是由于MoO₂电极在循环过程中会发生严重的体积变化，导致电极结构不稳定和循环性能较差。通过设计独特的MoO₂纳米材料结构，可以很好地解决上述问题。中空微球结构可以增大二氧化钼材料的比表面积，使其能够与电解液更充分接触，并且内部的中空结构有利于锂离子的嵌入和脱出，从而能够缓解电极材料在充放电过程中的体积变化，因此设计制备出具有中空结构的MoO₂纳米材料可以改善其电化学性能。

本论文以开发高性能的锂离子电池负极材料为目的，以聚苯乙烯（PS）为模板，通过水热法制备MoO₂微球，并采用现代测试技术手段对其进行结构与形貌表征，结果表明：180 ℃水热24 h为最佳水热条件，制备出的MoO₂微球具有核-壳结构，热处理前的样品为六方相MoO₂，400 ℃真空热处理3 h后转变为单斜相。该MoO₂微球电极材料具有较高的比容量和良好的循环稳定性，用该MoO₂微球制作的电极的最高放电比容量达到786 mAh/g，循环200次后电池比容量仍保留有389 mAh/g，库伦效率曲线表明其具有良好的可逆性。

关键词：锂离子电池；MoO₂；模板法；微球

Abstract

Lithium-ion battery as a highly efficient and convenient energy storage equipment, because of its high power density, good cycle performance and other advantages of concern, the anode material has become a research hotspot. MoO₂ has a special distortion of rutile structure, is conducive to the insertion and dissociation of lithium ions, and therefore has a high reversible capacity, which aroused the interest of the majority of researchers. However, the MoO₂ electrode will occur serious volume changes during cycle, resulting in unstable electrode structure and poor cycle performance. By designing a unique MoO₂ nanomaterial structure, the above problems can be solved satisfactorily. Hollow microsphere structure can increase the specific surface area of molybdenum dioxide material, so that it can be more fully in contact with the electrolyte, and the internal hollow structure is conducive to the lithium ion embedded and prolapse, which can ease the electrode material in the charge and discharge process The MoO₂ nanomaterials with hollow structure can be designed to improve their electrochemical properties.

In this paper, MoO₂ microspheres were prepared by hydrothermal method using polystyrene (PS) as template for the purpose of developing high performance lithium ion battery anode materials. The results showed that: 180 ℃ The MoO₂ microspheres were prepared by hydrothermal treatment. The samples were treated with hexagonal MoO₂ at 400 ℃ for 3 h and then converted into monoclinic phase. The MoO₂ microsphere electrode material has high specific capacity and good cycle stability. The maximum discharge specific capacity of the electrode made with MoO₂ microspheres is 786 mAh/g, and the specific capacity of the battery is still 389 mAh/g after 200 cycles. The Coulomb efficiency curve shows that it has good reversibility.

Key Words：Lithium ion batteries, MoO₂, Hard templating, Microspheres

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 锂离子电池的发展简史 1

1.3 锂离子电池负极材料简介 3

1.4 二氧化钼作为锂离子电池负极材料的研究进展 3

1.5 模板法制备中空结构材料的原理和优点 5

1.6 本文研究的目的、意义和主要内容 6

第2章 二氧化钼微球的制备及表征 7

2.1 实验药品与实验仪器 7

2.2 二氧化钼中空微球的合成工艺 7

2.3 结构、形貌和性能表征 8

2.3.1 结构和形貌表征 8

2.3.2 电池性能测试 8

第3章 二氧化钼中空微球的形貌分析 10

3.1 水热反应温度对产物结构与形貌的影响 10

3.2 水热反应时间对产物结构与形貌的影响 11

3.3 热处理后对产物结构与形貌的研究 14

第4章 二氧化钼微球的电化学性能研究 17

4.1 循环伏安测试结果分析 17

4.2 交流阻抗结果分析 17

4.3 恒电流充放电循环结果分析 18

第5章 结论 20

参考文献 21

致 谢 23

第1章 绪论

1.1 引言

自第二次工业革命以来，人类社会发生了日新月异的变化。科技的进步在使人们的生活更加便利的同时，也带来了许多问题。目前，人类社会发展面临的最重要的两个问题就是：环境污染和能源枯竭^[1,2]。要解决这两个问题，就要开发和使用可持续发展的绿色能源。风能、太阳能、潮汐能等是一些重要的新能源，但它们分布较为分散，采集这些能源的装置往往规模较大，不利于人们日常生活中的使用。尤其是近些年来诸如手机、电脑等便携式移动设备和电动汽车的快速发展，迫使人们去开发更方便、更有效的储能设备^[3,4]。锂离子电池就是这样一类高效、便捷的储能设备。

1.2 锂离子电池的发展简史