徐志豪

摘 要：近年來，對(duì)于納米材料的研究逐漸增多，為納米技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，為進(jìn)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(xué)鋰化及其電活性，因此，本文將重點(diǎn)分析與研究納米材料的化學(xué)鋰化與電活性。

關(guān)鍵詞：納米材料 化學(xué)鋰化 電活性

前言：

對(duì)于納米材料的化學(xué)鋰化來說，它是增強(qiáng)鋰離子穩(wěn)定性的重要因素，通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子材料的電導(dǎo)率較好，在鋰化的作用下可以有效實(shí)現(xiàn)充放電。為充分發(fā)揮鋰電池應(yīng)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(xué)鋰化與電活性，進(jìn)而為深度了解納米材料電化技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

一、納米材料的化學(xué)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(duì)比圖

要了解納米材料的化學(xué)鋰化，可以通過多種方法來實(shí)現(xiàn)，以水熱法為例，它是合成高質(zhì)量納米材料最常用的方法，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)化學(xué)鋰化最有效的方法。利用水熱法可以合成MoO3納米帶，如預(yù)鋰化就是鋰化二次水熱反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)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(shí)，時(shí)間滿足要求以后將獲得的溶液迅速轉(zhuǎn)移到專用器皿中，溫度控制在180攝氏度，時(shí)間保持在48小時(shí)，直到其溫度與室內(nèi)溫度相一致即可，這樣就可以獲得藍(lán)色沉淀物，并在溫度為80攝氏度，相對(duì)干燥的環(huán)境下存放4小時(shí)，這樣就可以了解到納米材料的化學(xué)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(duì)減少，但其循環(huán)穩(wěn)定性有所提升，之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況主要是由于兩種因素導(dǎo)致的，一種是鋰離子嵌入支撐了MoO3結(jié)構(gòu)，另一種是在鋰離子的作用下促進(jìn)了材料載流子濃度與電導(dǎo)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(duì)其化學(xué)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(chǔ)。

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(shù)應(yīng)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(duì)較好，通過對(duì)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(jié)構(gòu)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(tuán)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(qiáng)化電池性能，還可以充分發(fā)揮納米材料應(yīng)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(yùn)、結(jié)構(gòu)等構(gòu)建其聯(lián)系，進(jìn)而了解容量衰減與電導(dǎo)率之間的關(guān)系。通過研究發(fā)現(xiàn)鋰化以前，納米帶兩端呈現(xiàn)不對(duì)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(jīng)過一系列的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，鋰化前的納米帶電導(dǎo)率在10-4S/cm左右，鋰化后納米帶電導(dǎo)率在10-2S/cm左右，由此可見，在鋰化以后，電導(dǎo)率至少高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，其原因在于納米帶是沿面生長(zhǎng)的，隨著納米帶導(dǎo)電性的提升，MoO6中的載流子濃度也會(huì)提升，同時(shí)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(guān)系，沒有經(jīng)過鋰化的樣品，層間距相對(duì)較小，而在鋰化的作用下，MoO3納米帶在充放電的過程中經(jīng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。將第一次經(jīng)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(dǎo)電性，同時(shí)也可以有效增強(qiáng)充放電的鋰離子嵌入與脫出效果，進(jìn)而為MoO3納米帶循環(huán)穩(wěn)定性的提升奠定基礎(chǔ)。

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(duì)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(dǎo)電率相對(duì)較高，其原因在于納米帶的結(jié)晶度相對(duì)較好，能夠進(jìn)一步優(yōu)化與改善納米帶載流子路徑，同時(shí)，在鋰化的作用下測(cè)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(jié)果相對(duì)于未鋰化過的V2O5納米材料來說，數(shù)量級(jí)相對(duì)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(dǎo)率相對(duì)較低。為保證電輸運(yùn)不受影響，在電壓達(dá)到4V左右時(shí)，應(yīng)將為單根納米帶充電的時(shí)間控制在4.5s左右，這樣的時(shí)間控制十分有利于高能電池的應(yīng)用。因此，在研制高性能鋰電池的過程中應(yīng)重視這些問題。

結(jié)束語：

通過以上研究得知，經(jīng)過化學(xué)鋰化的納米結(jié)構(gòu)相對(duì)較好，不僅涵蓋了納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，還囊括了預(yù)鋰化優(yōu)點(diǎn)，將這些優(yōu)點(diǎn)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(xué)鋰化與電活性，希望能為相關(guān)人士帶來有效參考，做好高性能鋰電池研究。

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