過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的納米化構(gòu)建及電化學(xué)性能.pdf

1、過渡金屬氧化物因其具有比容量高、來源廣等特點，被認(rèn)為是一類最有希望替代碳材料的負(fù)極材料，但其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍受到諸多限制，其原因是大多數(shù)金屬氧化物為半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性較差，不利于快速電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行;另外充放電循環(huán)過程中存在嚴(yán)重的體積膨脹，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或電極粉化，循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能還無法滿足實際應(yīng)用需要。為此，本文采用納米化和復(fù)合化等改性手段，從材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，成功合成了由納米晶構(gòu)建的一維介孔Co3O4納米帶、片棒結(jié)構(gòu)的C

2、oO/石墨烯復(fù)合材料以及MnO/C納米材料，顯著改善了材料的電化學(xué)綜合性能，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以Co(NO3)2·6H2O，NH4F CO(NH2)2為原料，采用水熱法合成氫氧化鈷前驅(qū)體。利用XRD、SEM和TEM等對所得前驅(qū)體的形貌和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果顯示前驅(qū)體為寬度為100-300 nm，長度為數(shù)微米的一維納米帶。在馬弗爐中400℃保溫4h處理后得到一維多孔Co3O4納米帶。微結(jié)構(gòu)分析表明，納米帶是由許多粒徑為2

3、0-30 nm的Co3O4納米晶構(gòu)成，BET測試顯示Co3O4比表面積為36.5 m2 g-1（主要孔徑為29.2 nm）。這種介孔Co3O4納米帶作為鋰離子負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1 Ag-1電流密度循環(huán)60次容量為614 mAh g-1，即使在3 A g-1大電流密度下，其放電容量依舊可以保持在605 mAh g-1。
　　(2)以鱗片石墨為原料，采用改性Hummers法制備了氧化石墨烯(Graphite Oxide

4、, GO)。然后以GO, Co(NO3)2·6H2O, NH4F, CO(NH2)2為原料，采用水熱法制備復(fù)合物的前驅(qū)體，隨后在氬氣氣氛中450℃煅燒4h后獲得石墨烯與CoO的復(fù)合材料(CoO/rGO)，在0.1Ag-1電流密度下循環(huán)50次可逆容量能保持960mAhg-1，在1 Ag-1大電流密度下可逆容量仍可以保持在513 mAh g-1，而相同條件下純CoO僅有285和9mAhg-1。結(jié)果表明，石墨烯可以顯著改善材料的循環(huán)性能和倍率