基于Co3O4的尖晶石型納米材料的制備及其鋰電性能的研究.pdf

1、自上世紀(jì)以來(lái)，鋰離子電池作為主要的能源儲(chǔ)存裝置，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦和一些其他的便攜式電子設(shè)備當(dāng)中?，F(xiàn)今，電動(dòng)汽車也在采用鋰離子電池作為電源，這將會(huì)對(duì)鋰離子電池提出更為嚴(yán)格的要求，比如高的能量密度、更長(zhǎng)的使用壽命以及對(duì)環(huán)境友好等。然而不幸的是，當(dāng)今商用的鋰離子電池負(fù)極材料石墨，由于受限于它的理論容量(～370mAh·g-1)和倍率性能，很難達(dá)到這些要求，也對(duì)鋰離子電池的小型化形成了阻礙。因此，世界各個(gè)國(guó)家相應(yīng)領(lǐng)域的科研工作

2、者都致力于為下一代鋰離子電池尋找高性能的電極材料。
　　近來(lái)，過(guò)渡金屬氧化物，尤其是尖晶石結(jié)構(gòu)的鈷基氧化物材料，成為了研究熱點(diǎn)，因?yàn)樗哂泻芨叩睦碚搩?chǔ)鋰容量使它成為了很好的替代商用石墨負(fù)極的材料，而高的理論儲(chǔ)鋰容量來(lái)源于它獨(dú)特的電化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制。本論文中，我們成功制備了多孔的NiCo2O4納米線陣列和多孔的CuCo2O4納米線團(tuán)簇陣列材料，并對(duì)它們作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了相關(guān)研究。主要工作內(nèi)容如下：
　　1.通

3、過(guò)分散劑輔助的水熱法和簡(jiǎn)單的退火工藝制備了和碳布連接緊密的多孔NiCo2O4納米線陣列。并用XRD、SEM和TEM對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。制備的多孔NiCo2O4納米線/碳布材料可以直接用作無(wú)添加粘結(jié)劑的鋰離子電池負(fù)極。得到的多孔NiCo2O4納米線是由很多高度結(jié)晶的納米顆粒組成，其多孔隙結(jié)構(gòu)能夠有效的緩解充放電過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化。這樣結(jié)構(gòu)的電極材料，和生長(zhǎng)基底的直接連接使電子傳輸?shù)乃俣确浅？?，納米線豐富的多孔結(jié)構(gòu)和納米線之間較大的

4、大大縮短了電子傳輸路徑，這也保證了每根納米線都能參與到快速的電化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中。用作鋰離子電池負(fù)極材料，在500mA·g-1的恒電流充放電密度下，NiCo2O4/碳布的可逆比容量為～1088.3mAh·g-1，50次循環(huán)充放電后，其比容量為898.5mAh·g-1，說(shuō)明其具有很高的可逆比容量和很長(zhǎng)的循環(huán)壽命。
　　2.利用一步水熱法和簡(jiǎn)單的退火工藝成功的在三維碳布基底上合成了多孔CuCo2O4納米線團(tuán)簇，其和碳布連接緊密，制備的材料可

5、以直接用作無(wú)添加粘結(jié)劑的鋰離子電池負(fù)極。這些多孔的納米線和團(tuán)簇相互連接，形成了一個(gè)具有間隔孔洞的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這增大了材料的比表面積，而且能夠?qū)Τ浞烹娺^(guò)程中的體積變化形成很好的緩沖作用。這種二維材料生長(zhǎng)在三維基底上的分級(jí)結(jié)構(gòu)的電極保留了兩者所有的優(yōu)點(diǎn)，如傳輸路徑短、緩解變形和電子傳輸速度快。作為鋰離子電池負(fù)極，具有高的可逆容量，在電流密度為500mA·g-1經(jīng)過(guò)50個(gè)循環(huán)后其容量為992.1mAh·g-1。在這個(gè)研究過(guò)程中，多孔CuCo2O