超細(xì)四氧化三鈷的合成與電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池是新一代高能二次電池。它具有工作電壓高，容量高，壽命長(zhǎng)和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。因此，自1991年投入市場(chǎng)以來(lái)，其生產(chǎn)規(guī)模在飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)展。
　　 超細(xì)Co3O4材料是目前工業(yè)上生產(chǎn)鋰離子電池正極材料LiCoO2最重要的鈷源，它的純度、顆粒形貌、粒度分布等性質(zhì)，直接關(guān)系到制得LiCoO2的相關(guān)性能。因此，選用簡(jiǎn)單易行的方法合成形貌規(guī)整、顆粒均一性好的超細(xì)Co3O4材料，對(duì)于工業(yè)上生產(chǎn)低成本、顆粒均勻、性能更優(yōu)的

2、LiCoO2材料有重要的價(jià)值；此外，納米級(jí)Co3O4作為鋰離子電池負(fù)極材料得到了較多的研究，證明納米Co3O4負(fù)極材料具有良好的電化學(xué)性能，但是對(duì)于微米級(jí)超細(xì)Co3O4材料用作鋰離子電池負(fù)極材料的研究比較少。因此，對(duì)合成的微米級(jí)超細(xì)Co3O4負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，研究微米尺度Co3O4 負(fù)極材料的電化學(xué)性能，則有一定的研究?jī)r(jià)值。基于上述目標(biāo)，本論文主要從以下方面開(kāi)展了研究工作。
　　 一、液相沉淀法具有簡(jiǎn)單易行、成本低、產(chǎn)

3、率高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)材料的制備。同時(shí)它也存在反應(yīng)物混合不均勻，反應(yīng)速率不易控制，產(chǎn)物粒徑分布寬，分散性較差等缺點(diǎn)。因此，采用氨水作為絡(luò)合劑控制沉淀的生成速率，引入表面活性劑改善沉淀顆粒表面情況控制粒子的形貌和大小，制備了形貌規(guī)整、粒徑均勻、振實(shí)密度高的超細(xì)Co3O4材料。詳細(xì)考察了沉淀劑種類(lèi)、沉淀pH值、煅燒溫度、不同表面活性劑等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)產(chǎn)物形貌和性能的影響。通過(guò)草酸鹽沉淀法，引入表面活性劑聚乙二醇（PEG1000

4、0），制備出5μm左右的玉米棒狀Co3O4材料，用作鋰離子電池負(fù)極材料，表現(xiàn)出高達(dá)896.8 mAh/g首次可逆容量，和較好的容量保持能力，遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)報(bào)道的微米級(jí)Co3O4負(fù)極材料。通過(guò)碳酸鹽沉淀法，引入聚乙烯醇為分散劑，制備了類(lèi)球形超細(xì)Co3O4材料，與三種工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行比較，其振實(shí)密度、顆粒的均勻度、分散性、表面形貌等性能已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)了這些產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的工藝優(yōu)化有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，為生產(chǎn)具有類(lèi)球形形貌、顆粒均勻的LiCoO2材

5、料提供鈷源。進(jìn)一步對(duì)合成的材料進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試，結(jié)果表明大顆粒的微米級(jí)Co3O4負(fù)極材料的首次可逆容量?jī)H有621.8 mAh/g左右，衰減快，并且大電流充放電性能很差，在1 C的電流下基本上沒(méi)有容量。
　　 二、溶膠-凝膠法具有產(chǎn)物粒子小、比表面積大以及合成溫度低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于制備各種鋰離子電池正負(fù)極材料。在第四章的工作中，我們首次采用P123作為溶膠-凝膠的有機(jī)載體，制備了具有多面體形貌的Co3O4材料。對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行