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、自上世紀以來，鋰離子電池作為主要的能源儲存裝置，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于手機、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，電動汽車也在采用鋰離子電池作為電源，這將會對鋰離子電池提出更為嚴格的要求，比如高的能量密度、更長的使用壽命以及對環(huán)境友好等。然而不幸的是，當(dāng)今商用的鋰離子電池負極材料石墨，由于受限于它的理論容量(～370mAh·g-1)和倍率性能，很難達到這些要求，也對鋰離子電池的小型化形成了阻礙。因此，世界各個國家相應(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，過渡金屬氧化物，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，因為它具有很高的理論儲鋰容量使它成為了很好的替代商用石墨負極的材料，而高的理論儲鋰容量來源于它獨特的電化學(xué)轉(zhuǎn)化機制。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納米線團簇陣列材料，并對它們作為鋰離子電池負極材料的電化學(xué)性能進行了相關(guān)研究。主要工作內(nèi)容如下：
　　1.通

3、過分散劑輔助的水熱法和簡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對其結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征。制備的多孔NiCo2O4納米線/碳布材料可以直接用作無添加粘結(jié)劑的鋰離子電池負極。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程中產(chǎn)生的體積變化。這樣結(jié)構(gòu)的電極材料，和生長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，說明其具有很高的可逆比容量和很長的循環(huán)壽命。
　　2.利用一步水熱法和簡單的退火工藝成功的在三維碳布基底上合成了多孔CuCo2O4納米線團簇，其和碳布連接緊密，制備的材料可

5、以直接用作無添加粘結(jié)劑的鋰離子電池負極。這些多孔的納米線和團簇相互連接，形成了一個具有間隔孔洞的網(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^程中的體積變化形成很好的緩沖作用。這種二維材料生長在三維基底上的分級結(jié)構(gòu)的電極保留了兩者所有的優(yōu)點，如傳輸路徑短、緩解變形和電子傳輸速度快。作為鋰離子電池負極，具有高的可逆容量，在電流密度為500mA·g-1經(jīng)過50個循環(huán)后其容量為992.1mAh·g-1。在這個研究過程中，多孔CuCo2O