多殼層空心球NiO的制備及其在儲能器件中的應用.pdf

1、氧化鎳（NiO）具有較高理論容量718mAhg-1，約為石墨碳的1.9倍和較高的體積能量密度（約為商業(yè)石墨的5.8倍）、環(huán)境友好、儲量豐富，而且相對于其他過渡金屬氧化物有較高的電化學活性和導電性，在過渡金屬氧化物中是一類極具應用潛力的鋰離子電池負極材料。然而，與大部分過渡金屬氧化物類似，在充放電過程中存在體積膨脹的問題，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能差。在先前的報道中，各種形貌結構的NiO已經運用到儲能器件鋰離電池負極材料中，但是并沒有起到非常理

2、想的效果，因此合成出具有更高可逆放電比容量、更好循環(huán)性能及倍率性能的NiO負極材料具有非常重要的現(xiàn)實意義。多孔的多殼層空心球結構在鋰離子電池負極材料中有很大的優(yōu)勢：具有較大的比表面積，可以提供較多的鋰離子附著位點；納米尺度的粒子可以確保有效電荷和離子傳輸?shù)木嚯x更短，使得電阻較?。怀浞烹娺^程時中空的內部結構可以提供額外的空間體積，減小內部應力對結構的破壞，增加循環(huán)穩(wěn)定性?；谶@些原因，本論文通過設計和制備多孔多殼層空心球結構NiO微球來提

3、升其儲鋰性能，并且對其性能進行測試，獲得了一些有價值的研究成果。
　　本文在實驗合成部分首先通過水熱法，合成具有吸附能力的碳球作為吸附模板，其次利用硬模板法通過離子吸附作用調節(jié)碳球對Ni2+的吸附能力，最終通過熱分解法得到不同形貌、尺度均一的單殼層、雙殼層、三殼層、四殼層NiO空心球，做到了精確控制合成不同殼層數(shù)的NiO空心球。單殼層和雙殼層擁有較薄的殼壁厚度，在35納米左右，三殼層、四殼層殼壁較厚，為100納米左右。經BET測試

4、發(fā)現(xiàn)，從單殼層到三殼層隨著殼層數(shù)的增加其比表面逐漸增加，三殼層的比表面最大為64.72m2/g，但是到了四殼層時又減小為50.04m2/g。對合成的不同殼層結構的NiO以及納米粒子進行了循環(huán)性能和倍率性能試，結果表明三殼層NiO空心球擁有最高的比電容量和最好的循環(huán)性能，其次是四殼層、雙殼層、單殼層、納米粒子。在電流密度為500mAg-1時，1-4殼層NiO空心球和納米粒子的放電比電容量分別為687.77mAhg-1、952.47mAhg

5、-1、1090.97mAhg-1、931.97mAh g-1和774.7mAhg-1，100次循環(huán)之后的放電比電容量分別為425.1mAh g-1、593.1mAh g-1、789.4mAh g-1和648.9mAhg-1，大于納米粒子的305.6mAhg-1，而且表現(xiàn)出了非常好的庫倫效率，全都大于97％（除第一次庫倫效率之外）。當電流密度為1000mAg-1時，三殼層NiO循環(huán)100次之后其比電容量為715.2mAh g-1。不同倍率

6、條件下，甚至在高電流密度2000mAg-1時，三殼層NiO空心球的最低比電容量維持在721mAhg-1。為了檢測不同殼層結構NiO和納米粒子電阻大小，對其進行了交流阻抗測試。經測試發(fā)現(xiàn)，材料的阻抗大小與循環(huán)性能和比電容量的大小相符，三殼層的阻抗最小。多殼層空心球擁有較好的循環(huán)性能、倍率性能、循環(huán)性能、較高額比電容量與多孔的空心結構有很大關系。此類結構有較大的比表面積，可以提供更多的鋰離子附著位點，多孔結構可以讓電解液滲透到結構內部，縮短