鈷基氧化物納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、過(guò)渡金屬氧化物因具有較高的儲(chǔ)鋰容量等優(yōu)點(diǎn)而成為非常有潛力的鋰離子電池負(fù)極材料。其中，鈷基氧化物由于其高比容量和多價(jià)態(tài)等優(yōu)勢(shì)引起了人們的廣泛關(guān)注。但是，鈷基氧化物存在電導(dǎo)率低、循環(huán)穩(wěn)定性差等缺陷，因此，其尚不能應(yīng)用于市場(chǎng)化的鋰離子電池中。因鈷基氧化物的納米結(jié)構(gòu)對(duì)其電化學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響，故本論文旨在通過(guò)調(diào)控其微納結(jié)構(gòu)來(lái)提高其儲(chǔ)鋰性能。
　　首先，本文利用簡(jiǎn)單的水熱法，采用硝酸鈷、氟化氨和尿素作為原料，制備出粉紅色的前驅(qū)體粉末，并通

2、過(guò)在不同溫度下熱處理前軀體，制備出具有規(guī)則排列的Co3O4一維納米結(jié)構(gòu)，同時(shí)研究了不同煅燒溫度對(duì)材料顆粒大小、結(jié)晶性的影響。通過(guò)XRD、SEM、Ramam等手段表征分析了其物相和納米結(jié)構(gòu)，最后利用 LAND電化學(xué)測(cè)試儀和電化學(xué)工作站測(cè)試了其電化學(xué)性能。通過(guò)測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱處理溫度為450 oC時(shí)，長(zhǎng)為60-100 nm，寬為30-40 nm的Co3O4納米柱有較好的結(jié)晶性，以及低的電荷轉(zhuǎn)移電阻，可以允許鋰離子更容易的進(jìn)行轉(zhuǎn)移和脫嵌，并

3、且還擁有較好的電化學(xué)循環(huán)性能，當(dāng)循環(huán)到30圈之后，其比容量仍然能維持在805.8 mAh g-1。
　　其次，為了避免添加粘接劑和導(dǎo)電劑，將上述的Co3O4直接生長(zhǎng)于泡沫鎳上，成功地制備出Co3O4@Ni納米陣列。該陣列與基底材料之間存在緊密的電化學(xué)接觸，可直接用作鋰離子電池負(fù)極。由于泡沫鎳具有三維多孔結(jié)構(gòu)，Co3O4@Ni納由于其擁有很小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，使得其比容量相對(duì)于粉末電極來(lái)說(shuō)有了巨大的提高，其首次比容量高達(dá)2012 mA

4、h g-1。但是，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到40圈時(shí)，蒲公英狀的 Co3O4@Ni納米陣列的比容量可以維持到818 mAh g-1，而片狀的Co3O4@Ni納米陣列只能維持到577 mAh g-1。
　　最后，為了改善上述試驗(yàn)中循環(huán)性差的問(wèn)題，我們對(duì)Co3O4@Ni進(jìn)行表面處理。對(duì)此我們選擇的復(fù)合材料為Co3S4。我們對(duì)Co3O4@Ni納米陣列進(jìn)行硫化，得到了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Co3S4@Co3O4@Ni。在此之前，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Co3S4@Co3O4@