層狀鈷基、碳基及其復合材料的合成、表征與電化學性能研究.pdf

1、本論文采用溶劑熱法在低溫反應釜中合成了凹十四面體形貌的LiCoO2材料，探討了產(chǎn)物的形成過程，并系統(tǒng)研究了材料的物相構成以及在電化學儲鋰方面的性能。通過改進的Pechini法制備合成了納米尺寸的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/碳核殼結構以及Ca9Co12O28納米材料，初步研究了此合成方法在制備納米材料上的優(yōu)勢和可拓展性，并系統(tǒng)研究了納米尺寸，均勻碳包覆，碳層厚度，煅燒溫度等對其電化學性能的影響。此外，在高壓反應釜中成功制備了具

2、有空心八面體形貌的碳材料以及四種不同形貌的碳納米片，探討了其可能的形成機理，并研究了反應時間，原料配比等對產(chǎn)物形貌變化的影響，另外分別研究了其鋰電性能和超級電容器性能，其主要工作內容概括如下:
　　 1.以碳酸鈷前軀體，一水氫氧化鋰，氫氧化鉀為原料在150℃條件下水熱制備出了凹十四面體形貌的LiCoO2正極材料，其大小約為1.0μm。場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖像表明，該凹十四面體形貌由四個六角片互相呈70.5°的角度組裝而成。電子衍

3、射花樣表明該凹十四面體形貌的LiCoO2是由兩相共生而成，其既包含三方相的100衍射，又包含尖晶石相的220衍射。電化學性能表明這些凹十四面體形貌的LiCoO2材料在0.5 C倍率下，首次充/放電容量在155和141mAh/g，循環(huán)100圈后，其放電容量穩(wěn)定在114 mAh/g。循環(huán)過后SEM表明，該凹十四面體形貌在循環(huán)前后無顯著變化。當反應溫度為120℃并保持其它反應條件不變，此時只有少量的凹十四面體形貌的LiCoO2生成。而當溫度上

4、升至180℃，得到的產(chǎn)物為尺寸約為1.0μm由不規(guī)則片狀結構組成的花狀LiCoO2材料微結構。電化學性能表明，在120℃和180℃條件下制備的LiCoO2材料在循環(huán)穩(wěn)定性上次于凹十四面體形貌的LiCoO2材料。審稿人評價該工作為“合成的LiCoO2形貌有趣，結構分析詳細，并且證明了鋰離子電池性能與形貌的關系?！贝搜芯抗ぷ饔?011年發(fā)表在國際期刊Dalton Transactions雜志上。
　　 2.800-1000℃下利用改

5、進的Pechini法以硝酸鋰、六水硝酸鎳、六水硝酸鈷、四水硝酸錳、檸檬酸、乙二醇、聚乙二醇6O0為原料同步制備了納米尺寸的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/碳核殼結構材料。所得核殼結構尺寸在100 nm左右，碳層的厚度約6 nm且彼此相互連接、包覆均勻。電化學性質研究表明1000℃制備的樣品在1C的倍率下容量能達到170 mAh/g且循環(huán)100圈以后容量保持相對穩(wěn)定，在1C-5C的倍率下也表現(xiàn)出較高的容量和較好的穩(wěn)定性。文章還進一

6、步研究了煅燒溫度以及碳含量對電化學性能的影響，結果表明煅燒溫度1000℃的條件下，一個適中的碳含量(15.5％)表現(xiàn)出最好的電化學活性。此外，通過Teflon模擬電池研究了Li+在碳包覆復合材料和無碳材料中的嵌入-脫嵌效果，發(fā)現(xiàn)碳材料的包覆均勻和相互連接的結構對儲鋰性能有著重要影響。此研究工作于2012年發(fā)表在國際期刊RSC Advances雜志上。
　　 3.850℃下以檸檬酸、乙二醇、四水硝酸鈣、六水硝酸鈷為原料通過Pech

7、ini法、固相反應、共沉淀法分別制備了納米顆粒、多層微片組裝結構以及微片形貌的Ca9Co12O28材料。其中納米顆粒形貌的Ca9Co12O28材料尺寸約為25 nm。鋰電性能的研究表明，在電流密度為200 mA/g的條件下，該材料首次充放電容量分別達到了908和816 mAh/g，在循環(huán)50圈以后，容量穩(wěn)定在210 mAh/g。結果表明，納米尺寸的Ca9Co12O28材料的電化學性能要優(yōu)于另外兩種形貌的Ca9Co12O28材料。本文章還

8、首次標定了Ca9Co12O28這個物質的XRD譜圖。此研究工作于2012年發(fā)表在國際期刊Materials Letters雜志上。
　　 4.700℃下在高壓反應釜中采用二茂鐵和四水醋酸鎂為原料通過原位模板法成功制備了具有空心八面體形貌的碳材料。通過延長反應時間，實現(xiàn)了空心八面體形貌向被壓扁的變形的空心八面體形貌的轉變，并研究了其可能的形變機理。空心八面體碳材料的尺寸大約在300 nm左右，組成碳八面體各面的碳層厚度約為2.5

9、nm。鋰電池充放電實驗表明，該空心碳材料在200 mA/g的電流密度條件下，在循環(huán)100圈以后，容量保持在353 mAh/g。此研究工作于2012年發(fā)表在國際期刊Materials Research Bulletin雜志上。
　　 5.600℃下在高壓反應釜中采用二茂鐵、碳化鈣、碳酸氫銨、疊氮化鈉、碳酸氫鈉為原料分別相互組合制備出了四種不同形貌的納米碳片:片組成的花、六角片、卷曲的片以及不規(guī)則的片。其中，碳片組成的花直徑約為1.