球狀Co3O4-低維碳復合材料的制備及其鋰離子電池負極性能研究.pdf

1、鋰離子二次電池已成為發(fā)展最快和最受重視的新型儲能裝置，目前商業(yè)化炭負極材料具良好的循環(huán)性能，但比容量較低，迫切需要進行新型高容量負極材料的研究和探索。過渡金屬鈷氧化物具有高比容量，很有希望成為一種新型高容量鋰離子二次電池負極材料，但其首次容量損失較大，快速容量衰減限制了此類材料的實地應用。將過渡金屬氧化物與導電性良好的炭材料（如石墨烯、碳納米管等）復合，是解決上述問題的方法之一。石墨烯因其具有較大的比表面積、良好的電導性能已成為了新能源

2、領域迅速崛起的新星，碳納米管(CNTs)具有優(yōu)良的電化學嵌鋰性能，可作為負極添加劑應用于鋰離子電池。
　　 本論文探討了過渡金屬鈷氧化物、石墨烯/氧化鈷復合材料及碳納米管/氧化鈷復合材料的制備，采用多種表征方法對材料的形貌結構及電化學性能進行了系統(tǒng)研究，取得以下研究結果:
　　 (1)利用水熱-熱分解法制備了四氧化三鈷(Co3O4)球。通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和熱重分析(TGA)等對所制備的Co

3、3O4進行了表征?？疾炝瞬煌瑢嶒灄l件對Co3O4形貌的影響，并確定制備Co3O4球前驅體的最佳條件:乙二醇和水的比例為80∶40 mL、水熱反應時間為24 h、水熱溫度為200-230℃。利用循環(huán)伏安法和恒電流充放電等技術對不同形貌Co3O4的鋰離子電池負極性能進行了研究。結果表明Co3O4片及疏松Co3O4球的首次充電容量高，但隨循環(huán)衰減較快;致密Co3O4球的首次充電容量相對低，卻具有相對較好的循環(huán)性能。
　　 (2)基于靜

4、電吸附原理制備了石墨烯包覆Co3O4球的復合材料(GE/Co3O4)。通過SEM、XRD、TGA和X射線能量色散光譜(EDS)等對所制備的復合材料的形貌結構及組成進行了表征。結果表明石墨烯均勻的包裹在Co3O4球表面，石墨烯的含量約為20％。通過循環(huán)伏安法和恒電流充放電等技術考察了所制備復合材料的鋰離子電池負極性能。與Co3O4球和GE-Co3O4材料相比較，GE/Co3O4具有較高的可逆容量，經(jīng)過30次循環(huán)仍保持850 mAh/g的可

5、逆容量，展現(xiàn)出較好的循環(huán)性能和倍率性能。
　　 (3)采用混酸修飾的碳納米管和硅烷偶聯(lián)劑(APS)修飾的Co3O4球自組裝制備碳納米管包覆Co3O4球復合材料(CNTs/Co3O4)。利用SEM、EDS、XRD和TGA等對CNTs/Co3O4復合材料進行了形貌結構及組成的表征。結果表明修飾處理后的碳納米管呈網(wǎng)狀均勻地纏繞在Co3O4表面，并且APS修飾造成的Co3O4碎片也被緊實的包裹起來。通過循環(huán)伏安法和恒電流充放電等技術對所