混合型金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)建、形成機(jī)理與鋰電性能.pdf

1、當(dāng)今社會中能源問題日益凸顯，煤、石油、天然氣等均為不可再生資源，且在使用過程中會對環(huán)境造成污染，所以人們不斷追求綠色可再生能源，如風(fēng)能、太陽能。而高效、廉價(jià)、對環(huán)境友好的儲能裝置作為能源問題的一部分，得到了各國科學(xué)研究者的廣泛研究。其中，鋰離子電池作為是現(xiàn)代高性能儲能裝置的代表，因具有高能量密度、工作電壓范圍廣、安全性能好、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為在人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡牟糠郑缡謾C(jī)、筆記本電腦、移動電源等。而為了滿足電動汽車、智能

2、電網(wǎng)等大功率電器、儲能體系的發(fā)展和可穿戴電子設(shè)備的多樣性，人們對鋰離子電池比容量、安全性等方面提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。鋰離子電池性能的提高與電極材料的發(fā)展息息相關(guān)，其中負(fù)極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，更是得到了廣泛關(guān)注。碳/石墨基材料作為傳統(tǒng)的鋰電負(fù)極材料，理論比容量僅有（372 mAh g-1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小于混合過渡金屬氧化物的理論比容量（一般高于600mAh g-1）。但是因?yàn)榻饘傺趸镫娮訉?dǎo)電率較差，鋰離子脫嵌過程中存在體積效應(yīng)

3、，容易引發(fā)材料的團(tuán)聚和粉末化現(xiàn)象，十分不利于其實(shí)際應(yīng)用。而納米技術(shù)可以調(diào)控金屬氧化物的微觀形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)從而提高其電化學(xué)性能，所以發(fā)展和設(shè)計(jì)基于金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)的電極材料是非常有必要的。
　　在本論文中，我們旨在利用簡單的方法構(gòu)筑高性能的鋰離子電池電極材料，為鋰離子電池負(fù)極材料的發(fā)展提供有益的探索。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)首次利用溶劑熱法，通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)碳酸氫銨的用量分別制備了Zn033Co0.67CO3的孿

4、生球和立方塊，然后在600℃空氣氣氛下煅燒6小時(shí)分別得到了ZnCo2O4多孔的多級孿生球和立方塊?？疾炝朔磻?yīng)時(shí)間對產(chǎn)物晶型和形貌的影響，通過觀察不同反應(yīng)時(shí)間下所得樣品的形貌，對Zn0.33Co0.67CO3孿生球的形成過程提出了一個(gè)新的生長機(jī)制:多步裂解-原位溶解-重結(jié)晶過程。此外，我們將ZnCo2O4多孔孿生球和立方塊樣品分別作為鋰離子電池負(fù)極材料，以鋰片為對電極進(jìn)行了一系列電化學(xué)性能測試，結(jié)果兩種不同形貌的材料均表現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性

5、能和長循環(huán)性能。在倍率性能測試中，電流密度為10Ag-1時(shí)，ZnCo2O4多孔孿生球比容量仍高達(dá)790 mAh g-1。在此基礎(chǔ)上將電流密度降到0.5 Ag-1繼續(xù)循環(huán)到第550圈，可逆比容量還保持在1260 mA h g-1。在5.0 A g-1電流密度下，循環(huán)2000圈，其可逆比容量還保持在550 mAh g-1。
　　(2)利用溶劑熱法，使用正戊醇作為溶劑制備出了層狀雙錐Zn0.33Co0.67CO3，然后分別在600℃氮?dú)?/p>

6、和空氣氣氛下煅燒6小時(shí)，得到了多孔層狀雙錐結(jié)構(gòu)的ZnO/CoO和ZnCo2O4?？疾炝朔磻?yīng)時(shí)間對產(chǎn)物形貌的影響，通過觀察不同反應(yīng)時(shí)間下所得樣品的形貌，研究層狀雙錐結(jié)構(gòu)晶體的生長過程。我們將多孔層狀雙錐結(jié)構(gòu)的ZnO/CoO和ZnCo2O4樣品分別作為鋰離子電池負(fù)極材料，以鋰片為對電極進(jìn)行了一系列電化學(xué)性能測試，結(jié)果兩種材料均表現(xiàn)出了良好的長循環(huán)性能和優(yōu)異的倍率性能，這可能是得益于種多孔層狀雙錐結(jié)構(gòu)，而ZnO/CoO的長循環(huán)穩(wěn)定性要優(yōu)于Zn