过渡金属掺杂的稀土氧化物/碳纳米复合材料的制备及电化学性能研究

The applicatin of rare earth oxides have not been cause a concern in the field of energy materials. The target of this project is the synthesis of different kinds of rare earth oxides/carbon nanocomposite materials, and realize the controllable fabrication of the size, morphology, surface area and electrochemistry. Explore its application in lithium-ion batteries as anode materials. More stable and better performance transition metal elements doping in rare earth oxide materials can be obtained. Explore their discharge-charge mechanism according to experiments and tests, and in order to obtain better performance transition metal elements doping in rare earth oxide/carbon electrode materials. Achieving the synthesis of rare earth oxide/carbon nanocomposite electrode materials. through facile and simple method.

稀土氧化物在能源材料领域中的应用尚未引起人们的关注。本项目旨在利用前期制备的多种不同形貌的碳纳米材料为载体，并对碳材料表面进行不同修饰，探索在温和条件下实现过渡金属掺杂的稀土氧化物-碳纳米复合材料的合成方法。实现负载颗粒尺寸、形貌、比表面积及电化学性能的可控。还拟通过过渡金属元素在稀土氧化物中的掺杂获得结构更加稳定，综合性能更加优越的新型电极材料。系统研究其构效关系并揭示其充放电机理，以获得性能优良的多种过渡金属掺杂的稀土氧化物-碳复合电极材料。

过渡金属氧化物在锂离子电池中的应用已经引起了人们的广泛关注。因为金属氧化物较目前商业化负极碳材料容量高出很多，但是氧化物材料有很多固有缺点，比如导电性差，在充放电过程中存在严重的体积效应，从而导致材料在充放电过程中容量迅速衰减。为了充分利用金属氧化物容量高的优点并改善其缺点，目前主要利用元素掺杂改性和碳复合来提升其性能，利用元素掺杂可以改善其结构性能，与碳材料构建复合材料，能提升材料的导电性。本项目旨在利用稀土元素的特殊电子特性，基于过渡金属氧化物的高容量，合成了一系列异质元素掺杂的，与碳纳米材料构建的复合材料。本课题合成的复合过渡金属氧化物MnCo2O4、CoMn2O4在高倍率性能下表现出优异循环稳定性，制备的ZnMn2O4/C复合材料大大提高了材料的整体导电性、合成的Zn、Mn掺杂Fe2O3复合材料提升了材料的结构稳定性，合成的MnO2/PPy，将导电聚合物与金属氧化物复合，通过温和简便的方法提升材料的导电性。本工作通过掺杂、改性、形貌调控、复合等一系列手段，制备了多种过渡金属氧化物，在此基础上，进行了详细的电化学性能测试，丰富了锂离子电池材料负极材料的研究领域。