過渡金屬氧化物鋰離子電池負極材料的納米化構建及電化學性能.pdf

1、過渡金屬氧化物因其具有比容量高、來源廣等特點，被認為是一類最有希望替代碳材料的負極材料，但其大規(guī)模商業(yè)化應用仍受到諸多限制，其原因是大多數(shù)金屬氧化物為半導體材料，導電性較差，不利于快速電化學反應的進行;另外充放電循環(huán)過程中存在嚴重的體積膨脹，導致材料結構失穩(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用需要。為此，本文采用納米化和復合化等改性手段，從材料微結構設計入手，成功合成了由納米晶構建的一維介孔Co3O4納米帶、片棒結構的C

2、oO/石墨烯復合材料以及MnO/C納米材料，顯著改善了材料的電化學綜合性能，主要研究結果如下:
　　(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)體的形貌和微結構進行表征，結果顯示前驅(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。微結構分析表明，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極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，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。結果表明，石墨烯可以顯著改善材料的循環(huán)性能和倍率