微波溶劑熱合成鋰離子電池電極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),是一種新型綠色環(huán)保能源,目前在與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活息息相關(guān)的領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用,而電極材料是影響鋰電池性能的關(guān)鍵部分,它的性能高低直接影響到鋰電池性能的好壞。本論文采用微波溶劑熱法,圍繞鋰離子電池負(fù)極材料(Co3O4)和正極材料(LiFePO4)展開(kāi)研究,主要工作包括以下幾方面:
　　 采用微波溶劑熱法,以Co(NO3)2·6H2O為原料,尿素為沉淀劑,制備堿式碳酸鈷

2、化合物,微波合成溫度,保溫時(shí)間和前驅(qū)體中的CO32-和OH-離子在前驅(qū)體的尺寸和形貌上起到主導(dǎo)作用。在110℃保溫1h,合成了長(zhǎng)棒狀前驅(qū)體,經(jīng)過(guò)350℃煅燒2h,得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的鏈狀Co3O4粉體,其結(jié)構(gòu)特征是由10-20nm的Co3O4納米晶粒沿著[110]晶軸方向自組裝而成的。在140℃保溫3h,合成了片狀Co3O4前驅(qū)體,前驅(qū)體經(jīng)過(guò)煅燒熱分解后,得到由納米晶粒自組裝而成的規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的Co3O4納米板。通過(guò)電化學(xué)性能測(cè)試表明

3、,350℃煅燒2h得到的Co3O4納米鏈作為鋰電池負(fù)極材料具有較好的循環(huán)容量性能,在400 mA g-1電流密度下,經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后,可逆容量仍能保持在600 mAh g-1,表現(xiàn)出了極其優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　　 采用微波溶劑熱方法,以Co(NO3)2·6H2O為原料,氫氧化鉀為沉淀劑,在140℃保溫3 h制備了β-Co(OH)2納米板,將其于350℃煅燒2h,得到介孔的六邊形結(jié)構(gòu)Co3O4納米板,500℃煅燒2h得到Co3O

4、4納米環(huán),熱處理溫度對(duì)樣品的形貌結(jié)構(gòu)影響較大。介孔六邊形結(jié)構(gòu)的Co3O4納米板作為鋰電池負(fù)極材料具有較好的電化學(xué)性能,其首次不可逆容量低于18.1％,具有超高容量,以及良好的循環(huán)性能,經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后,其可逆容量仍能保持在900 mAh g-1。
　　 采用微波溶劑熱法,以Co(NO3)2·6H2O為原料,尿素為沉淀劑,并與多壁碳納米管復(fù)合,制備了MWNTs/Co3O4復(fù)合材料。對(duì)樣品的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能等進(jìn)

5、行了表征及測(cè)試。結(jié)果表明:復(fù)合一定量MWNTs后,Co3O4納米線(xiàn)變細(xì),電化學(xué)電容性能有較大提高,其中n(Co3O4)∶n(MWNTs)=2∶1樣品具有較好的電化學(xué)電容行為,其比電容達(dá)到369.5 F g-1,并且具有良好的穩(wěn)定性能以及較好的電容阻抗性能。
　　 采用微波溶劑熱法合成LiFePO4粉體,使用無(wú)機(jī)鹽為原料和PEG-4000為表面活性劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同微波合成條件下,不同原料和表面活性劑對(duì)樣品形貌結(jié)構(gòu)影響較大,

6、這是由于溶液的pH值和表面活性劑引導(dǎo)晶粒生長(zhǎng)決定的。實(shí)驗(yàn)中合成了單晶粒的菱形結(jié)構(gòu)和二次顆粒的梭形結(jié)構(gòu)LiFePO4晶體。LiFePO4二次顆粒是由單晶粒自組裝而成,顆粒尺寸在1-5μm之間,單晶粒呈長(zhǎng)棒狀,直徑約100nm,長(zhǎng)約500nm。對(duì)LiFePO4進(jìn)行了改性研究,首先在制備的LiFePO4晶粒表面吸附葡萄糖,然后在3％H2+97％N2氣氛中于700℃保溫2h碳化熱處理,形成一種LiFePO4-C核殼結(jié)構(gòu)。這大大增加了LiFePO