1. 研究目的与意义（文献综述）
人类生活的进步对能源的要求愈来愈高，传统的锂离子电池碳负极材料已经远远不能实现人们对于能源的规划需求。因而过渡金属氧化物及特殊形貌的石墨烯等新型材料成为各国科学家研究的热点。3d过渡金属氧化物（MO，M=Fe，Co，Ni，Cu，Zn）作为锂离子电池负极材料其可逆容量为传统碳材料的2-3倍，是比较有前景的负极材料。在这些氧化物中ZnO的理论容量为978mAh·g-1，并具有容易制备、价格低廉、无毒、化学稳定性高等优点[1,2]。但是截止目前，其很少作为锂离子电池的负极材料而被研究，这主要是因为ZnO在实际应用中循环稳定性差，衰减很快，容量甚至比碳材料还低，咎其原因是ZnO是半导体材料，导电性差，并且在充放电过程中体积变化大，从而导致电极材料与集流体的分离。本论文拟采用氮掺杂碳包覆的手段对ZnO进行改性，提高ZnO的循环稳定性和倍率性能。通过电化学测量方法，研究氮掺杂碳包覆的纳米氧化锌材料作为锂离子电池负极的能量密度，功率特性和循环性。
锂离子电池由于其具有高的能量密度和长的循环寿命，已经被广泛地应用于电子设备电源和为混合动力汽车提供能量。锂离子电池的电化学性能主要取决于所用的电极材料，因此，具有更高能量密度包括质量能量密度和体积能量密度的电极材料是各国材料学家和电化学家研究的热点。传统的石墨碳基材料其理论容量为372mAh·g-1，已经远远满足不了现代社会对能源的需求。近年来一些具有高能量密度和安全性能好的负极材料被广泛地研究。其中过渡金属氧化物越来越引起人们的重视，因为它们的理论容量和安全性能都比传统的碳基材料要高。但是这些材料的实际应用前景不容乐观，因为这些材料在嵌入和脱出锂离子的过程中材料本身的体积膨胀比较严重，再加上过渡金属氧化物的基体材料的电子导电性都比较差，这导致材料的循环性能比较差和倍率性能不尽人意等缺点，制约了其实际应用。在过渡金属氧化物家族中，ZnO是一种潜在的锂离子电池负极材料。它的理论容量高达978mAh·g-1，并且其操作电压也比较低[3]。此外ZnO还具有储量丰富、价格便宜、容易制备和环境友好等特点。但是ZnO应用于锂离子电池负极与其它过渡金属氧化物类似，循环性能差和倍率性能低[4,5]。因此ZnO在过去只用来制备锂电池和Ni/Zn电池。为了解决以上问题，人们采用多种方法来提高ZnO负极材料的电池性能[6-10]。为了提高ZnO的循环性能，通过设计材料的结构[6,7]和掺杂其它金属离子[11-13]以及在ZnO的表面包覆导电材料[10,14]等方法被广泛地应用于提升材料循环稳定性。在这些材料结构和方法中，通过设计和制备具有级次结构的ZnO纳米棒阵列可以增大电极与电解液的接触面积和缓解体积膨胀，有利于提高ZnO的循环性能，该材料较普通单分散的ZnO纳米棒循环稳定性得到较大的提高，循环40周以后容量达到346mAh·g-1,然而原始的ZnO材料只有92mAh·g-1。此外这种海胆形貌的ZnO纳米阵列材料的首次库伦效率为66%，而原材料仅为26.3%[6]。然而ZnO是一类宽禁带的半导体，纯ZnO的电子导电性比较差。为了提高其倍率性能，通常的方法是在材料的表面包覆一层柔性并稳定的碳层[14]，该碳层不仅能提高其导电性并且作为一种结构缓冲层能缓解其体积膨胀，因此能提高材料的倍率性能。但是碳包覆层额离子穿透性比较差，因此对于倍率性能的提升也有限[15]。近年来杂原子掺杂碳材料(包括石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等)研究比较多[16-17]，科学家们普遍认为在碳材料中引入杂原子可以对材料的结构进行修饰，改善碳层的化学活性和电子导电性能。此外，在掺杂杂原子的过程中会在碳层中引入一些缺陷，即破坏碳原子之间固有的六圆环结构，如果该缺陷足够大，锂离子可以通过该缺陷位直接进入基体材料进行，从而提高锂离子的扩散性和电极材料的倍率性能[15]。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究基本内容：合成纳米氧化锌微晶，利用多巴胺对其进行碳包覆处理，形成氮掺杂碳包覆纳米氧化锌。通过电化学测量方法，研究氮掺杂碳包覆的纳米氧化锌材料作为锂离子电池负极的能量密度，功率特性和循环性。
2.2目标：找出氮掺杂碳包覆纳米氧化锌在锂离子电池负极中应用的发展前景。
2.3拟采用的技术方案及措施：
3. 研究计划与安排
第1——3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需实验进程。确定方案，完成开题报告；
第4——7周：合成纳米氧化锌微晶，利用多巴胺对其进行碳包覆处理，最后对所形成氮掺杂碳包覆纳米氧化锌进行表征；
第8——11周：利用电化学方法检测该材料作为锂离子电池负极的能量密度，功率特性和循环性等；
4. 参考文献（12篇以上）
[1]艾飞,谭劲,李飞,包鲁明,钟爱华,陈圣昌.多种zno纳米结构和zno/zns核壳
结构的制备[j].液晶与显示,2010,25(1):12-16
[2]储德,曾宇,江东.表面活性剂辅助水热合成氧化锌纳米棒[j].无机材料学报,
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