淺談納米材料的化學鋰化與電活性

徐志豪

摘 要：近年來，對于納米材料的研究逐漸增多，為納米技術的發(fā)展奠定了基礎，為進一步研究納米材料，研制出高性能鋰電池，就需要了解納米材料化學鋰化及其電活性，因此，本文將重點分析與研究納米材料的化學鋰化與電活性。

關鍵詞：納米材料 化學鋰化 電活性

前言：

對于納米材料的化學鋰化來說，它是增強鋰離子穩(wěn)定性的重要因素，通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子材料的電導率較好，在鋰化的作用下可以有效實現(xiàn)充放電。為充分發(fā)揮鋰電池應有作用，完成高性能鋰電池研發(fā)，就需要全面了解納米材料化學鋰化與電活性，進而為深度了解納米材料電化技術奠定基礎。

一、納米材料的化學鋰化

a 鋰化前

b鋰化后

圖1 直接水熱鋰化MoO3納米帶前后性能變化對比圖

要了解納米材料的化學鋰化，可以通過多種方法來實現(xiàn)，以水熱法為例，它是合成高質量納米材料最常用的方法，同時也是實現(xiàn)化學鋰化最有效的方法。利用水熱法可以合成MoO3納米帶，如預鋰化就是鋰化二次水熱反應作用下形成的。在利用水熱法鋰化MoO3納米帶的過程中，可以將40ml的雙氧水與4g的鉬粉混合在一起，且不停攪拌，防止兩者發(fā)生反應產生大量熱量，且無法散發(fā)出去，影響鋰化效果，在橘黃色的溶液出現(xiàn)以后再加入一定量的LiCl，再不間斷的攪拌12小時，時間滿足要求以后將獲得的溶液迅速轉移到專用器皿中，溫度控制在180攝氏度，時間保持在48小時，直到其溫度與室內溫度相一致即可，這樣就可以獲得藍色沉淀物，并在溫度為80攝氏度，相對干燥的環(huán)境下存放4小時，這樣就可以了解到納米材料的化學鋰化。直接水熱鋰化MoO3納米帶前后性能變化情況如下圖1所示，通過研究發(fā)現(xiàn)，在MoO3納米帶鋰化以前，它的放電容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而減少，在鋰化后，MoO3納米帶初次放電量相對減少，但其循環(huán)穩(wěn)定性有所提升，之所以會出現(xiàn)這種情況主要是由于兩種因素導致的，一種是鋰離子嵌入支撐了MoO3結構，另一種是在鋰離子的作用下促進了材料載流子濃度與電導率的提升。所以，在利用納米材料的過程中，一定要注意這些因素的影響，并加大對其化學鋰化的重視，只有這樣才能為研制出高性能納米材料奠定基礎。

二、納米材料的電活性

為更好的了解納米材料的電活性，在研究中可以將靜電紡絲技術應用其中，通過這種方式了解到鋰離子電池正極材料的比容量與優(yōu)異性相對較好，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，它與普通納米材料有著明顯差異，這種納米材料的結構能夠有效防止納米材料因具有較高的比表面能而出現(xiàn)自團聚的情況，一旦出現(xiàn)這種情況將直接影響電池性能的提升，只有避免這一現(xiàn)狀的出現(xiàn)，才可以最大程度的強化電池性能，還可以充分發(fā)揮納米材料應有作用。在了解納米材料電活性的過程中，將鋰化前后的MoO3納米帶裝飾成納米器件，且在原位表征的作用下，為納米線電輸運、結構等構建其聯(lián)系，進而了解容量衰減與電導率之間的關系。通過研究發(fā)現(xiàn)鋰化以前，納米帶兩端呈現(xiàn)不對稱特征，其輸出電流大約在300pA左右；鋰化后，納米帶呈現(xiàn)歐姆特性，輸出電流在10nA左右，經過一系列的計算可以發(fā)現(xiàn)，鋰化前的納米帶電導率在10-4S/cm左右，鋰化后納米帶電導率在10-2S/cm左右，由此可見，在鋰化以后，電導率至少高出兩個數(shù)量級，其原因在于納米帶是沿面生長的，隨著納米帶導電性的提升，MoO6中的載流子濃度也會提升，同時還發(fā)現(xiàn)，在這一過程中，MoO3層間距的變化受鋰離子嵌入有著直接關系，沒有經過鋰化的樣品，層間距相對較小，而在鋰化的作用下，MoO3納米帶在充放電的過程中經常表現(xiàn)出體積較小的情況，這樣一來有效提升了鋰離子的結構穩(wěn)定性。將第一次經過鋰化而納入其中的鋰離子來說，將其保留在晶格中，可以有效提升導電性，同時也可以有效增強充放電的鋰離子嵌入與脫出效果，進而為MoO3納米帶循環(huán)穩(wěn)定性的提升奠定基礎。

在研究中發(fā)現(xiàn)，V2O5也是一種十分常見的正極材料，它的嵌鋰容量相對較好，屬于新型鋰離子材料，在四電極法作用下可以發(fā)現(xiàn)，這種材料的導電率相對較高，其原因在于納米帶的結晶度相對較好，能夠進一步優(yōu)化與改善納米帶載流子路徑，同時，在鋰化的作用下測量到單根納米帶后發(fā)現(xiàn)，由此得來的電阻多在6.3兆歐左右，接觸電阻則在3.4兆歐左右，這樣的結果相對于未鋰化過的V2O5納米材料來說，數(shù)量級相對較低。此外，它與鋰化后的MoO3納米帶也存在一定差異，尤其是電導率相對較低。為保證電輸運不受影響，在電壓達到4V左右時，應將為單根納米帶充電的時間控制在4.5s左右，這樣的時間控制十分有利于高能電池的應用。因此，在研制高性能鋰電池的過程中應重視這些問題。

結束語：

通過以上研究得知，經過化學鋰化的納米結構相對較好，不僅涵蓋了納米結構的優(yōu)點，還囊括了預鋰化優(yōu)點，將這些優(yōu)點融合在一起有利于研制出高性能鋰離子電池。本文分析與研究了納米材料的化學鋰化與電活性，希望能為相關人士帶來有效參考，做好高性能鋰電池研究。

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