多孔和具有納米間隙四氧化三鈷的制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、最近幾年，鋰離子二次電池已經(jīng)成為最受人們重視和發(fā)展最快的高能量電池，它具有循環(huán)壽命長、比能量高、安全無污染、工作電壓高等優(yōu)點(diǎn)。而現(xiàn)如今，石墨碳負(fù)極材料已經(jīng)商業(yè)化，但其比容量（300-350 mA h g-1）較低，不能滿足快速充電的要求。而過渡金屬鈷氧化物(CoO、Co3O4)理論比容量達(dá)到700-1000 mA h g-1，但是存在較為嚴(yán)重的體積效應(yīng)。因此人們對其進(jìn)行廣泛的研究。目前的文獻(xiàn)研究中主要通過兩種方法解決這個問題:一、通過將

2、材料制成多孔狀或者存在較大的納米間隙，緩沖體積效應(yīng)，使得電解液和電極材料充分接觸，增強(qiáng)導(dǎo)電性;二、通過和碳基材料的復(fù)合化，促進(jìn)電子的快速傳輸和緩沖活性材料在充放電過程中的體積效應(yīng)。本課題研究方向主要在于研究合成多孔、納米間隙的四氧化三鈷材料以此提高鋰離子電池性能。
　　(1)首次采用反蛋白石SiO2，使用垂直沉積法和旋涂法制備出了反蛋白石結(jié)構(gòu)Co3O4，并且通過改變旋涂次數(shù)來調(diào)節(jié)鈷的含量。作為鋰離子電池的負(fù)極材料使用時，這些反蛋白

3、石結(jié)構(gòu)Co3O4材料具有高比容量和循環(huán)性能，旋涂兩次后維持在-900 mA h g-1，旋涂一次后維持在-700 mA h g-1。
　　(2)在上章的基礎(chǔ)上，繼續(xù)采用反蛋白石SiO2作為模板，首次采用垂直沉積法和水熱法結(jié)合的方法，研究了有無SiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)模板對比測試的電化學(xué)性能。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，稻草狀Co3O4的循環(huán)性能穩(wěn)定，其在0.5C的倍率下首次放電比容量為1120mAhg-1，經(jīng)過100次循環(huán)后，比容量維持在963 mA

4、 h g-1。而無SiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)模板制備出的海膽狀Co3O4，其在0.5C的倍率下首次放電比容量達(dá)到-1630 mA h g-1，經(jīng)過100次循環(huán)后，比容量衰減到-200 mA h g-1。
　　(3)延續(xù)前兩章的中心思想，采用介孔SiO2作為模板，將介孔SiO2模板復(fù)制到鈷鹽前驅(qū)體上，高溫煅燒，制備出介孔Co3O4，再通過常規(guī)機(jī)械攪拌法，將不同比例的石墨烯負(fù)載在介孔Co3O4上。此章研究了不同比例的石墨烯負(fù)載在介孔Co3O