水滑石前體法復(fù)合金屬氧化物的可控制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、能源問題是世界各地共同關(guān)注的熱點和焦點難題。高效、環(huán)保的鋰離子電池己成功應(yīng)用在移動便攜式電子設(shè)備、電動汽車等諸多領(lǐng)域。然而對鋰電性能起至關(guān)重要作用的負極材料（商業(yè)化石墨）在反復(fù)充放電過程中存在可逆容量低的弊端，而過渡金屬氧化物通常具有較高的比容量，可以彌補石墨低可逆容量的缺點，因此成為近年來的研究重點。然而，單一組分的過渡金屬氧化物通常存在循環(huán)穩(wěn)定性差、顆粒團聚嚴重等缺點，而通過與高導(dǎo)電性碳和電化學(xué)非活性金屬氧化物的復(fù)合，是一種有效解決

2、上述問題的途徑。但是，傳統(tǒng)的制備方法過程通常較為復(fù)雜，因此，通過簡單高效的方法合成可協(xié)同提高儲鋰性能的復(fù)合負極材料具有一定的挑戰(zhàn)性。水滑石作為一類新型復(fù)合功能型層狀材料，最近幾年在眾多領(lǐng)域的理論研究和實踐應(yīng)用方面迅猛發(fā)展。本文利用高溫熱解手段處理水滑石類化合物前體，成功合成兩種復(fù)合金屬氧化物材料(CoO/Co3O4/N-C/Al2O3、Co2SnO4/Co3O4/Al2O3/C)，可以顯著提高鋰離子電池負極電化學(xué)性能。論文的核心內(nèi)容和創(chuàng)

3、新點如下：
　　(1)CoO/Co3O4/N-C/Al2O3復(fù)合物的制備及其儲鋰性能研究:通過成核-晶化隔離法制備出CoAI-LDH前體，將其與三聚氰胺按1∶3物理混合研磨得到CoO/Co3O4/N-C/Al2O3納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料與mCoO/Co3O4和mCoO/Co3O4/Al2O3在作為鋰離子電池負極材料時相比，具備較高的可逆充電比容量、較長的循環(huán)壽命及較穩(wěn)定的倍率性能。其電化學(xué)性能的改善關(guān)鍵源自于如下特征:(i)雙活

4、性組分CoO/Co3O4的協(xié)同效應(yīng)有利于提高可逆容量;(ii)摻雜有氮元素的碳基底有利于提高導(dǎo)電性;
　　(iii)N摻雜的C和非活性Al2O3可以緩沖循環(huán)過程中引起的體積膨脹;
　　(iv)水滑石層板離子的限域效應(yīng)導(dǎo)致活性與非活性組分之間均勻分散。
　　(2)Co2SnO4/Co3O4/AI2O3/C復(fù)合物的制備及其儲鋰性能研究:由于水滑石層間的陰離子具有可調(diào)變性，可以用陰離子型月桂酸鈉鹽(LA-)替代碳酸根(CO3

5、2-)插層到水滑石CoAISn-LDH層間，合成出CoAlSn-LA--LDH前體，經(jīng)過惰性氣氛和氧化氣氛分步焙燒后得到Co2SnO4/Co3O4/Al2O3/C納米復(fù)合材料。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明該復(fù)合物在電流密度100 mA g-1時循環(huán)100次比容量能夠保持在1170 mAh g-1。Co2 SnO4/Co3O4/Al2O3/C復(fù)合物的優(yōu)勢在于:(i)雙活性Co2SnO4/Co3O4在充放電過程中多電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)和合金化反應(yīng)同時發(fā)生