鐵鈷錳金屬氧化物納米材料的合成及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益明顯，開(kāi)發(fā)綠色可再生的新能源已經(jīng)成為當(dāng)今最熱門(mén)的主題之一。而鋰離子電池和超級(jí)電容器由于它們具有工作電壓高、比容量高、功率密度大、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、自放電率小和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被作為了最重要的新型儲(chǔ)能設(shè)備之一。由于鋰離子電池和超級(jí)電容器的實(shí)際應(yīng)用在很大程度上取決于其電極材料，因此設(shè)計(jì)并合成出安全可靠，低成本的，性能優(yōu)異的電極材料成為了學(xué)術(shù)和工藝兩個(gè)方面的巨大挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的碳基材料相比，過(guò)渡金屬氧化物納米材料作為電

2、極材料為提高電極材料的可逆容量和功率密度等提供了很多的可能性。而金屬氧化物納米材料的性能很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，比如材料的形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等。因此控制合成形貌和尺寸統(tǒng)一的，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的納米材料能在一定程度上改善電極材料的電化學(xué)性能。
　　本文主要通過(guò)靜電紡絲法和水熱法合成形貌尺寸可控的，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的金屬氧化物納米材料作為電極材料，從而實(shí)現(xiàn)鋰離子電池和超級(jí)電容性能的提高。主要內(nèi)容概括如下:
　　(1)通過(guò)靜電紡絲法合成C

3、oFe2O4/C納米纖維陣列，利用了XRD、SEM和TEM等技術(shù)對(duì)電極材料的結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行了表征。表征結(jié)果顯示合成的CoFe2O4/C材料是具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的實(shí)心納米纖維，其中纖維的直徑在50-100nm之間。用循環(huán)伏安和恒流充放電等電化學(xué)測(cè)試方法對(duì)其電容性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，所合成的CoFe2O4/C納米纖維電極表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能，其單電極初始比電容量達(dá)0.82Fcm-2，4000個(gè)循環(huán)后的放電容量仍保持在初始容量的82％左右。

4、研究表明CoFe2O4/C納米纖維是一種比較有前景的電化學(xué)電容器電極材料。
　　(2)將通過(guò)靜電紡絲法制備出的CoFe2O4/C納米纖維作為負(fù)極材料組裝成鋰離子電池進(jìn)行性能測(cè)試。通過(guò)循環(huán)伏安曲線、充放電性能測(cè)試、循環(huán)性能測(cè)試及倍率性能測(cè)試等對(duì)其電化學(xué)性能作出分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在電流密度為100mAg-1，電壓窗口為0.01V-3V的條件下循環(huán)測(cè)試了100次。其中，前30個(gè)循環(huán)的循環(huán)性能是比較穩(wěn)定的，其庫(kù)倫效率也接近100％，其中

5、首次放電比容量大約為973mAhg-1。研究表明CoFe2O4/C納米纖維是一種具有一定潛在前景的鋰離子電池負(fù)極材料。
　　(3)通過(guò)靜電紡絲法結(jié)合水熱法合成CoFe2O4/MnO2/C納米管陣列，利用了XRD、SEM和TEM等技術(shù)對(duì)電極材料的結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行了表征。通過(guò)循環(huán)伏安曲線、充放電性能測(cè)試、循環(huán)性能測(cè)試及倍率性能測(cè)試等對(duì)其鋰離子電池性能作出分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在100mAg-1的電流密度下，CoFe2O4/MnO2/C

6、納米管表現(xiàn)出一個(gè)高達(dá)1580.6mAhg-1的初始容量和一個(gè)穩(wěn)定的循環(huán)性能（250個(gè)循環(huán)后仍具有713.6mAhg-1的可逆容量）。通過(guò)對(duì)材料倍率性能的測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)鐵酸鈷納米纖維在經(jīng)過(guò)大電流充放電后，其充放電恢復(fù)能力是比較強(qiáng)的。相比CoFe2O4電極，CoFe2O4/MnO2/C電極具有更好的循環(huán)性能和倍率性能。其增強(qiáng)的電化學(xué)性能主要?dú)w因于穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳緩沖層的存在，高的活性表面積以及MnO2的高理論容量。另外，MnO2納米片作為