過(guò)渡金屬氧化物納米材料的制備及其鋰離子電池的應(yīng)用研究_

1、分類號(hào)：筍密級(jí)：?jiǎn)挝淮a：學(xué)號(hào)：司仁菇辦善博士學(xué)位論文論文礬宣繁嬲蜊料鼢揀）備腳、鍍酞電池黔蝴礎(chǔ)愿一忸黼啦磷鰳畿凇籠鄉(xiāng)洲蜘計(jì)酷鉚瓜二：。！嶧吁奶作者學(xué)院專、【指導(dǎo)姓名名稱名稱教師擷串一勃一一一一趑赴嘗一嗟陵紉采封避皿鲞一繼逸蠡一原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲月：所與？交的學(xué)位論文，是本人侄導(dǎo)師的指導(dǎo)卜，獨(dú)？進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明川的內(nèi)容外，本論文彳：包含任何其他個(gè)人或集體【二經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的科研成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均【任文巾以明確方工標(biāo)明。，盧明的法律責(zé)本人承扒。仁刪嶄齜：豳靼弭：冽嘶關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明不入先全廠解東大學(xué)有關(guān)保留、他川學(xué)論文觀，、學(xué)陵：餾或向

2、圍家有篾邢壇機(jī)淘蓋父澎爻的鹱件例也褂；：文被奩閱干習(xí)：，、，議為：；÷，。、爸之的侖嗣：旦弦郝，廣內(nèi)容編入訂關(guān)數(shù)捌弦；蘭行掩豢，川一：引氖珀、編印或其他復(fù)制段保存論文和；編水學(xué)位診，（揲密玲艾鑰：粥：密后應(yīng)遵守此規(guī)定）論丈作暫簽杉：刪導(dǎo)師簽：一一山東大學(xué)博士學(xué)位論文目錄中文摘要。第一張緒論。弓言第一節(jié)納米材料的基本概念納米材料的概念和基本性質(zhì)，納米材料的特性納米材料的應(yīng)用過(guò)渡金屬氧化物作為鋰離子電極材料的應(yīng)用現(xiàn)狀本論文的創(chuàng)新之處參考文獻(xiàn)。第二章多枝狀多孔。納米棒的合成及其催化性能的表征弓言實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)試劑結(jié)果與討論產(chǎn)物物相分析產(chǎn)物形貌分析形成機(jī)理討論催化性能和鋰離子性能測(cè)試結(jié)論參考文

3、獻(xiàn)第三章錳酸鋰納米棒的制備及其電化學(xué)性能的測(cè)試，弓言實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)試劑樣品制各樣品表征結(jié)果與討論產(chǎn)品物相分析產(chǎn)品形貌分析形成機(jī)理，鋰離子電池性能表征結(jié)論參考文獻(xiàn)第四章條型面包狀，的制備及其電化學(xué)性能測(cè)試弓言實(shí)驗(yàn)部分。實(shí)驗(yàn)試劑樣品制備樣品表征一山東大學(xué)博士學(xué)位論文結(jié)果與討論產(chǎn)品物相分析產(chǎn)品形貌分析。反應(yīng)條件的影響鋰離子電池性能測(cè)試結(jié)論參考文獻(xiàn)第五章通過(guò)熱共分解法一步制各碳包覆的海膽狀的硼酸鐵的核殼結(jié)構(gòu)引言實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)試劑樣品制備樣品表征結(jié)果與討論產(chǎn)品物相分析產(chǎn)品相貌和機(jī)理分析結(jié)論參考文獻(xiàn)。【謝山東大學(xué)博士學(xué)位論文一。，時(shí)，一，。，。（蚤。，。，。，。，。山東大學(xué)博士學(xué)位論文。，舔，一，孤，中文摘要

4、鋰離子電池由于具有高的能量密度和功率密度可以作為電動(dòng)交通工具的驅(qū)動(dòng)力而受到廣泛關(guān)注。但是，現(xiàn)階段商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨基材料，它的理論比容量只有岔，已不能滿足大功率、高能量的動(dòng)力電池的需求。過(guò)渡金屬氧化物由于其特殊的儲(chǔ)鋰機(jī)理，它們的理論比容量一般比較高（至）。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出石墨的比容量，有比較廣闊的應(yīng)用前景。而且過(guò)渡金屬氧化也是良好催化劑。但是，塊體材料的過(guò)渡金屬氧化物的儲(chǔ)鋰性能和催化性能都存在一定的不足（容易粉化和效率低等）。因此本文主要合成納米級(jí)的過(guò)渡金屬氧化物，以提高過(guò)渡金屬氧化物儲(chǔ)鋰性能和催化性能，改善塊體材料的不足。我們使用簡(jiǎn)單的水熱方法以高錳酸鉀和聚乙二醇為原料，在反應(yīng)，制

5、得了多枝狀的納米棒。并且研究多枝狀納米棒的形成機(jī)理，由于聚乙二醇是一個(gè)非離子型的表面活性劑，很容易吸附在金屬氧化物膠體的某個(gè)晶面，使其產(chǎn)生各項(xiàng)異性生長(zhǎng)，最終形成一維結(jié)構(gòu)。隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，為了進(jìn)一步降低表面能，一維納米棒不斷的聚集，從而導(dǎo)致了多枝狀納米棒的產(chǎn)生。然后，我們以多枝狀納米棒為前軀體，通過(guò)控制煅燒溫度和氣氛，制得了多枝狀的、多孔和非多孔的、和等錳的氧化物。在這些氧化物當(dāng)中，尤其是多孔的。具有良好的儲(chǔ)鋰能力和催化氧化亞甲藍(lán)的能力。這些優(yōu)異的性能，可能是由于其特殊的結(jié)構(gòu)引起的，一維結(jié)構(gòu)具有一維的電子傳導(dǎo)能力，能夠加速電子的傳導(dǎo)。多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致大的比表面積，有利于電解液和電極材料的接觸，同

6、時(shí)，其空隙也有利于鋰離子在其內(nèi)部的穿梭，增加了其儲(chǔ)鋰的能力。高的比表面積也有利于其催化性能的提高。通過(guò)改進(jìn)反應(yīng)條件，仍然以高錳酸鉀和聚，醇為原料，我們制得了一維的納米棒。然后以米棒為自犧牲模板，以氫氧化鋰為反應(yīng)原料在反應(yīng)，制得了直徑約為寶米，長(zhǎng)幾個(gè)微米的錳酸鋰納米棒。我們使用、和）口王對(duì)合成的錳酸鋰納米棒進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和物相的表征。電池測(cè)試表明，合成的一維錳酸鋰納米棒是一個(gè)良好的鋰離子電池正極材料。當(dāng)在之間進(jìn)行充放電時(shí)，在的倍率下，五十圈循環(huán)后它的容量依然保持在。在時(shí)，五十圈循環(huán)后，容量依然為。即使在的倍率下圈循環(huán)后，它的容量為。這與碳納米管復(fù)合的錳酸鋰性質(zhì)相當(dāng)。合成的一維錳酸鋰之所有好的性能，可

7、能是由于其一維結(jié)構(gòu)和良好的反應(yīng)原料（）引起的。一維結(jié)構(gòu)有利于電子傳導(dǎo)。而不但在合成錳酸鋰的過(guò)程中，可以形成多孔，有利于鋰鹽與其充分接觸，使反應(yīng)更加充分；同時(shí)，生成的錳酸鋰也是四方相與六方相的混合相。有利于提高其循環(huán)性能。我們通過(guò)研究與氫氧化鋰反應(yīng)的過(guò)程和機(jī)理。我們以合成的納米棒為自犧牲模板，以（）為反應(yīng)原料，在下反應(yīng)，得到了直徑在，長(zhǎng)度為幾個(gè)微米的長(zhǎng)條面包狀的的納米棒。我們對(duì)長(zhǎng)條面包狀心納米棒進(jìn)行了、和表征。電化學(xué)測(cè)試表明合成的納米棒不但具有良好的循環(huán)性能，而且具有很好的倍率性能。在的電流下，經(jīng)過(guò)循環(huán)后，電池的容量依然保持在。電池的倍率性能也很好。形成長(zhǎng)條面包狀的納米棒的實(shí)驗(yàn)條件和可能反應(yīng)機(jī)理

8、進(jìn)行了討論。我們以硼酸和二茂鐵為原料，通過(guò)簡(jiǎn)單的熱共分解法，一步制備出了海膽狀的碳包覆硼酸鐵。這種海膽狀的結(jié)構(gòu)是由碳包覆的硼酸鐵納米電纜生長(zhǎng)在碳包覆的硼酸鐵微球上構(gòu)成。經(jīng)過(guò)鹽酸處理后，可以除去里面的硼酸鐵，得到海膽狀的空心碳材料。在反應(yīng)過(guò)程中，硼酸不斷的釋放水和三氧化二硼，三氧化二硼和水在形成海膽狀硼酸鐵的過(guò)程中起著非常關(guān)鍵的作用。當(dāng)使用其他可以釋放出水和三氧化二硼的物質(zhì)作原料時(shí)，也可以得到海膽狀硼酸鐵。同時(shí)，我們考察了反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的影響。關(guān)鍵詞：納米材料、鋰離子電池、過(guò)渡金屬氧化物；（），（），（）。，噸，（）。山東大學(xué)博士學(xué)位論文（）取、（，），（，（。，皿），（“”）鑼，盯：，山東大學(xué)

9、博士學(xué)位論文符號(hào)說(shuō)明納米微米攝氏度一射線粉末衍射儀晶格常數(shù)透射電鏡高分辨透射電鏡掃描電鏡場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡能量色散譜選區(qū)電子衍射粉晶衍射卡片數(shù)據(jù)庫(kù)一維二維三維化學(xué)氣相沉積眥岬聊一嘶一§一一引言第一章緒論隨著社會(huì)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)和改造也不斷的深入。人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)和改造自然，使我們?nèi)祟惈@得巨大的物質(zhì)財(cái)富，豐富我們的物質(zhì)生活。同時(shí)，對(duì)自然的改造也伴隨著對(duì)自然界的破壞。出現(xiàn)了一系列新的問(wèn)題，如能源危機(jī)、溫室效應(yīng)、水體污染、自然資源的日益減少等等。新問(wèn)題的出現(xiàn)迫使人們?nèi)ふ医鉀Q問(wèn)題的手段。納米材料由于其許多奇異的物理化學(xué)特性，受到人們得廣泛重視。也為入們解決現(xiàn)階段的問(wèn)題，提

10、供新的途徑和手段。納米科學(xué)起源于世紀(jì)年代末期，并迅速發(fā)展為的新科學(xué)領(lǐng)域，它主要是研究微觀尺度（）范疇內(nèi)原子、分子等運(yùn)動(dòng)和變化規(guī)律的科學(xué)。由于納米科技的產(chǎn)生和迅速發(fā)展，使人們可以在分子、原子的水平對(duì)物質(zhì)進(jìn)行理想的改造和構(gòu)建，用以達(dá)到造福人類的結(jié)果。也使得人們改造自然的能力從傳統(tǒng)的塊體材料領(lǐng)域擴(kuò)展到分子、原子領(lǐng)域，標(biāo)志著人類的科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代一納米時(shí)代。吲由于物質(zhì)在納米尺度表現(xiàn)許多奇異的物理化學(xué)特性，所以引起了化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的大量的科學(xué)家的廣泛關(guān)注。納米科技也成為世紀(jì)最為活躍的研究方向和領(lǐng)域之一。阮朝納米科技融合前沿科學(xué)與高新技術(shù)為一體。極大的推動(dòng)了人類的科技發(fā)展，改變?nèi)?/p>

11、類的認(rèn)知方式。隨著納米科技的發(fā)展與進(jìn)步，它已經(jīng)分化出包括納米材料學(xué)、納米物理學(xué)、納米電子學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、納米化學(xué)和納米生物學(xué)等科學(xué)分支。在這些分支中，納米材料學(xué)因在理論上的重要科學(xué)意義和生產(chǎn)實(shí)踐上的巨大應(yīng)用潛力而成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。哺近年來(lái)，許多科學(xué)工作者對(duì)納米材料的研究取得了突破性成果，如納米化的鋰離子電池電極材料，已經(jīng)進(jìn)入商品化階段。”為解決當(dāng)前的能源危機(jī)和溫室效應(yīng)提供了新的途徑。納米碳酸鈣已廣泛的運(yùn)用于造紙等行業(yè)。替代傳統(tǒng)的有毒物質(zhì)，減少對(duì)自然界的污染。建立和完善了系統(tǒng)研究納米材料結(jié)構(gòu)、性能的表征方法。如掃描隧道顯微鏡以及原位觀測(cè)技術(shù)等。為更好的認(rèn)識(shí)和利用納米材料建立了科學(xué)基礎(chǔ)。但是

12、，納米材料的廣泛使用還需要有很長(zhǎng)的路的要走。現(xiàn)階段納米材料廣泛應(yīng)用所存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要是，在宏量制各的質(zhì)量控制過(guò)程中如何做到產(chǎn)品具有良好的均勻性、分散性及穩(wěn)定性。咖以保證產(chǎn)品具有均一良好的性能。第一節(jié)納米材料的基本概念納米材料的概念和基本性質(zhì)納米材料就是指材料至少有一個(gè)維度處于納米尺度的范圍（），或者以其為基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)筑而成的材料。根據(jù)不同的空間的維數(shù)約束，納米材料可以分為以下三類：零維材料，即材料的三維尺度均處在納米尺度內(nèi)，如納米顆粒、原子團(tuán)簇和納米空洞等蹲叼；一維材料，材料在空間有二維處于納米尺度內(nèi)，如納米線、納米帶、納米棒和納米管等舯，；二維納米材料，材料在空間有一維處于納米尺度，

13、如納米片、納米薄膜和超晶格等馴引，。由于納米材料的尺寸非常接近電子的相干長(zhǎng)度，它的物理化學(xué)性質(zhì)因?yàn)閺?qiáng)相干所帶來(lái)的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大不同鼢。而且，其尺度己接近光的波長(zhǎng)，加上其特殊的表面的特殊效應(yīng)，使其所表現(xiàn)的性能，例如熔點(diǎn)、化學(xué)反應(yīng)活性、磁性、光學(xué)、力學(xué)、導(dǎo)電特性等等，往往于該物質(zhì)的塊體材料所表現(xiàn)的性質(zhì)存在巨大差異蝴。納米材料的特性在納米材料中，由于納米粒子的尺寸較小，界面原子所占的比例較大，界面部分的微結(jié)構(gòu)既與長(zhǎng)程有序的晶態(tài)不同，也和短程有序的非晶態(tài)不同砸町。所以納米結(jié)構(gòu)材料具有與常規(guī)塊體材料不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)哺¨。因此，在描述納米結(jié)構(gòu)材料時(shí)需要考慮的因素有：納米顆粒的尺寸、原子組

14、態(tài)或價(jià)鍵組態(tài)、界面的形態(tài)、顆粒內(nèi)和界面的缺陷種類、數(shù)量及組態(tài)，顆粒內(nèi)和界面的化學(xué)組成，雜質(zhì)元素的分布等。這些特殊的性質(zhì)導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)材料宏觀的電、磁、熱、聲、光、力學(xué)等的物理效應(yīng)與常規(guī)材料有所不同，體現(xiàn)為納米材料表面效應(yīng)、納米材料小尺寸效應(yīng)、納米材料量子限制效應(yīng)和納米材料宏觀隧道效應(yīng)等蚴一副。山東大學(xué)博士學(xué)位論文納米材料的應(yīng)用由于納米材料具有的一系列特性，如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和介電限域效應(yīng)等。使得納米材料具有了很多奇異的光學(xué)、非線性光學(xué)、電磁學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、催化和粒子輸運(yùn)等物理化學(xué)特性，這些特性使得納米材料作為一種新型材料在微電子、金屬冶煉、宇航航天、化工工程、

15、生物工程、醫(yī)療醫(yī)藥及新能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出極其廣闊的應(yīng)用前景。受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。近年來(lái)由于能源危機(jī)和溫室效應(yīng)的日益加劇，使得納米材料在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。尤其是納米材料作為鋰離子電池的電極材料更是被廣泛研究。這主要是因?yàn)榧{米材料作為鋰離子電池電極材料存在以下優(yōu)點(diǎn)，一納米材料能夠縮短鋰離子的擴(kuò)撒自由程圖給出了鋰離子在電極材料內(nèi)部傳導(dǎo)的典型示意圖。鋰離子電池在放電過(guò)程包括以下幾個(gè)過(guò)程，首先，溶劑化的鋰離子在電解液中的進(jìn)行擴(kuò)撒；其次，在電極和電解液的界面進(jìn)行了一個(gè)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)；然后，鋰離子在電極材料的內(nèi)部擴(kuò)撒。因此，鋰離子在界面上進(jìn)行的反應(yīng)主要決定鋰離子的擴(kuò)撒速率和材料的電導(dǎo)率。鋰

16、離子的擴(kuò)散速：紅是由鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散自由程決定的。蒸蒺豢瓣一圖鋰離子在電極內(nèi)部傳導(dǎo)的典型示意圖。山東大學(xué)博士學(xué)位論文鋰離子的擴(kuò)散時(shí)間（）可以使用一下公式表示：。是鋰離子的擴(kuò)散自由程，是鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)。我們知道鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)是材料的內(nèi)在的固有的性質(zhì)。因此鋰離子的擴(kuò)散時(shí)間與擴(kuò)散自由程。的二次方成正比關(guān)系。所以減小電極材料的尺寸可以有效的提高電池的倍率性能。在鋰離子的實(shí)際擴(kuò)散過(guò)程中，鋰離子電池的有效比容量決定于材料的體積比，（。）“是電極材料的顆粒尺寸，是鋰離子擴(kuò)散至電極材料內(nèi)的通道的維數(shù)，如磷酸鐵鋰的是一維通道，因此它的。所以納米材料要比微米材料更適合做鋰離子電池的電極材料。納米電極材料

17、與導(dǎo)電材料進(jìn)行復(fù)合后，可以有效的提高電極材料的電子電導(dǎo)。在鋰離子脫嵌的過(guò)程中，同時(shí)伴隨著電子的轉(zhuǎn)移。但是，大多數(shù)的電極材料（尤其是正極材料）都半導(dǎo)體或者絕緣體。從理論上講，納米材料不經(jīng)包覆也可以增強(qiáng)電極的電導(dǎo)。口”?？?。它咖圖電子在電極材料中的傳遞示意圖但是，從圖中我們可以看出，在沒(méi)有進(jìn)行復(fù)合的材料由于它們的分散不好，山東大學(xué)博士學(xué)位論文雖然尺寸在納米尺度，但是它的導(dǎo)電能力，卻提高有限。圖是進(jìn)行包覆后的，電子導(dǎo)電示意圖。進(jìn)行包覆后可以顯著提高電極材料的電子傳導(dǎo)?！保狠o“知嘲州礎(chǔ)橢抓州圖進(jìn)行包覆后的電極材料的電嚴(yán)傳導(dǎo)示意圖納米電極材料可以提高材料的儲(chǔ)鋰能力。產(chǎn)生新的反應(yīng)機(jī)理來(lái)提高材料的儲(chǔ)鋰能力。

18、如，當(dāng)過(guò)渡金屬氧化物的尺寸處于納米尺度后，它們的脫嵌鋰機(jī)理就不同于通常的合金和插層機(jī)理。而是新的氧化還原機(jī)理：。÷（、等）。這使得他們的儲(chǔ)鋰能力得到了極大的提高。在至的放電區(qū)間，它們的容量一般在。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了石墨的比容量?！?。有的材料作為塊體材料是是沒(méi)有儲(chǔ)鋰能力的，但是，當(dāng)把它們納米化以后，它們出現(xiàn)了儲(chǔ)鋰能力；如金紅石的，由于它極低的電子電導(dǎo)，使得它的塊體材料幾乎沒(méi)有儲(chǔ)鋰能力。但是對(duì)它進(jìn)行納米化后，由于減小它的尺寸，縮短了它的電子傳導(dǎo)。改變它的電極動(dòng)力學(xué)，使得它具有了鋰離子的存儲(chǔ)能力。納米材料增加了表面界面的儲(chǔ)鋰能力。由于納米材料的比較大的比表面積，以及由于尺寸較小而暴露出來(lái)更多的原

19、子，使得它的表面非?；顫?，增加鋰離子的存儲(chǔ)能力。，多孔材料不但有利于鋰離子的存儲(chǔ)，而且能改變它的電極動(dòng)力學(xué)”劃這：】三要是因?yàn)槎嗫撞牧系目障叮瑢?dǎo)致他具有很大的表面積，能夠使電解液和電極進(jìn)行充分的接觸。通透的空洞，有利于溶劑化的鋰離子順暢的在電極內(nèi)部流動(dòng)。這對(duì)于電極材料大倍率性能的提升尤其重要。此外，三維的結(jié)構(gòu)，可以防止結(jié)構(gòu)的坍塌和團(tuán)聚。緩解在充放電過(guò)程中，由于鋰離子的脫嵌引起的電極材料的體積變化。從而提高材料的循環(huán)性能。特殊形貌的納米材料可以提高它的循環(huán)性能?！啊?。例如：硅的理論比容量為。但是，由于在充放電過(guò)程中它的體積變化為，使得它非常容易粉化，降低了其循環(huán)性能。斯坦福大學(xué)的崔屹教授，使用長(zhǎng)

20、在基底上的硅納米線做電極時(shí)，可以明顯提高它的循環(huán)性，在循環(huán)過(guò)程中，它的容量可以達(dá)到理論比容量的。當(dāng)然納米材料做電極時(shí)也有些缺點(diǎn)，比如，密度小，這樣就導(dǎo)致了它的堆積密度度小。這就限制它的體積能量密度。但是這可以通過(guò)構(gòu)建多級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)解決。使得材料是由納米材料為基本單元從而構(gòu)建微米材料，或者更大尺寸的材料。以提高它的堆積密度。其次就是高的比表面積，使得它的表面能比較高，往往容易引起副反應(yīng)。而且，也使得它的保存比較復(fù)雜。因?yàn)橛械牟牧?，納米化以后比較容易被氧化。導(dǎo)致他們的電化學(xué)活性降低。通過(guò)表面包覆可以有效的解決此類問(wèn)題。例如，在磷酸鐵鋰的表面包袱上一層碳，不但可以防止鐵的氧化，也可以提高材料的導(dǎo)電性能，

21、從提高它的電化學(xué)性能。再三，它們的合成相對(duì)復(fù)雜。因此，需尋找新的易于合成納米材料的方法，對(duì)他們的大規(guī)模應(yīng)用，將十分具有意義。由于納米材料作為電極使得鋰離子電池作為動(dòng)力電池成為了可能。過(guò)渡金屬氧化物作為鋰離子電極材料的應(yīng)用現(xiàn)狀由于石墨基材料低的比容量，人們?cè)诓粩鄬ふ沂牡奶娲牧?。自從年，法?guó)科學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的過(guò)渡金屬氧化物是很好的鋰離子電池負(fù)極材料。它們的容量可以達(dá)到，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石墨的比容量（）。呻從此，過(guò)渡金屬氧化物作為負(fù)極材料受到了廣泛關(guān)注。過(guò)度金屬氧化物之所以有這么高的比容量，是由于其特殊的反應(yīng)機(jī)理決定的，在充放電過(guò)程中，它的反應(yīng)機(jī)理不同于傳統(tǒng)的插層機(jī)理和合金機(jī)理，而是新型的氧化還原反應(yīng)機(jī)理：（、等）。在放電過(guò)程中氧化物與金屬鋰反應(yīng)，生成氧化鋰和金屬單質(zhì)。在充電過(guò)程中氧化鋰與金屬單質(zhì)反應(yīng)重新生成過(guò)渡金屬氧化物和金屬鋰。嘲這種反應(yīng)機(jī)理，在充放電過(guò)中往往會(huì)有比較大體積膨脹，產(chǎn)生粉化，降低電池性能。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，可以避免這些問(wèn)題的發(fā)生。因此各種形貌和結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物被合成出來(lái)，用以改善其鋰離子電池的性能。新加坡國(guó)立的樓雄文課題組在改善過(guò)渡金屬氧化物作為鋰離子負(fù)極材料方面