摘 要

随着锂离子电池在电动汽车等领域的发展，传统的锂离子电池体系开始逐渐无法满足现实需求，因而迫切需要开发出具有更高能量密度和功率密度的锂离子电池，而电极材料则是改善其电化学性能的关键。石墨是目前最常用的负极材料，但石墨较低的理论比容量(372 mAh∙g^-1)制约了锂离子电池电化学性能的提升。WO₃的理论比容量高达693 mAh∙g^-1，环境友好，价格低廉，是一种具有广阔发展前景的锂离子电池负极材料。但是，其电子电导率低、循环过程中体积膨胀效应大等缺点限制了其应用。

本文采用水热法制备自支撑WO₃纳米电极材料，通过XRD、Raman、XPS和FESEM等测试手段研究WO₃纳米材料的物相结构和形貌，采用循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)及恒流充放电测试对其电化学性能进行评价。结果表明：产物是六方相的WO₃相互交联构成的纳米花结构。当Mo:W原子比为0.02:1时，纳米花结构最为完整。在此原子比浓度下，产物具有最佳电化学性能。

关键词：锂离子电池；负极材料；三氧化钨；自支撑；钼掺杂

Abstract

With the development of automobile vehicles, traditional lithium-ion battery(LIBs) system has gradually become unable to meet the practical requirements, and therefore the energy density and power density of LIBs need to be further improved. The electrochemical performance depends significantly up on electrode materials. However, graphite, as the most commonly used anode material, has a low theoretical special capacity of 372 mAh∙g^-1, restricting the enhancement of electrochemical performance for LIBs. WO₃ is a promising anode material for LIBs because of its high theoretical specific capacity (693 mAh ∙g^-1), low cost and environmentally friendly advantages. However, its poor electronic conductivity and large volume expansion during cycling have made it unable to meet the requirements of practical application.

In this work, WO₃ nano material was synthesized by hydrothermal method. The material was physically characterized by XRD, Raman, XPS and FESEM techniques. The electrochemical performance were evaluated by cyclic voltammetry(CV), electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and galvanostatic cycling. The hexagonal WO₃ composed a nanoflower structure. When Mo:W(atomic ratio)=0.02:1, the nanoflower structure is most complete. Under this atomic ratio，the material has superior electrochemical performances.

Key Words：lithium ion batteries；anode material；tungsten oxide；self-standing；molybdenum-doping

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 锂离子电池的简介 1

1.3 锂离子电池负极材料的研究进展 2

1.4 WO₃的研究现状 4

1.5 电极材料的制备方法 6

1.6 本论文的研究目的及内容 6

第2章 实验方法及表征 8

2.1 主要实验材料及仪器设备 8

2.2 材料的制备和电池的组装 8

2.3 微观结构表征 9

2.4 电化学性能测试 11

第3章 自支撑WO₃纳米电极材料物相及形貌分析 12

3.1 物相分析 12

3.2 XPS图谱分析 13

3.3 Raman图谱分析 13

3.4 形貌分析 14

3.5 本章小结 15

第4章 自支撑WO₃纳米电极材料电化学性能分析 17

4.1 循环伏安性能分析 17

4.2 恒流充放电分析 17

4.3 交流阻抗分析 18

第5章 结论 20

参考文献 21

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着全球经济的高速发展，煤、石油、天然气等传统化石燃料日趋枯竭，化石燃料的枯竭所引发的能源危机引发了越来越广泛的关注，而由此造成的全球气候变暖、酸雨蔓延以及水体污染等环境问题也日渐严重。

以上问题引发了人类对于新型替代型能源发展的进一步重视，发展安全高效的新型替代能源，对于人类社会的发展具有重要意义。但是目前研发的太阳能、风能、地热能等新能源的能量转化效率比较低，而且其应用要受到环境条件的制约。因此，我们需要研发出便捷高效的电能储存装置来储存转化得到的电能。

锂离子电池凭借自身能量密度高、循环寿命长、环境友好等优势，在便携式电子设备领域得到了广泛的应用，日益发展的电动汽车行业也将给锂离子电池带来更加广阔的应用前景。

然而，随着现代社会的逐步发展，移动电子设备对锂离子电池的续航能力和便携性能要求进一步提高，以及电动汽车、航空航天等行业领域的发展，传统的锂离子电池体系开始逐渐无法满足现实要求，因而急需开发出具有更高能量密度和功率密度的锂离子电池。

1.2 锂离子电池的简介