夾心結(jié)構(gòu)zno-nio-znco2o4混合微米球鋰存儲性能研究

1、收稿日期：基金項目：國家重大科學(xué)研究計劃項目課題(No.2012CB933103)國家自然科學(xué)基金(GrantNos.51171158和51371154)中央高?；A(chǔ)研究基金(Grantno.201312G003).通信作者：dlpeng@xmu.夾心結(jié)構(gòu)夾心結(jié)構(gòu)ZnONiOZnCo2O4混合微米球鋰混合微米球鋰存儲性能研究存儲性能研究謝清水，麻亞挺，林亮，彭棟梁（廈門大學(xué)材料學(xué)院，福建廈門361005）摘要：摘要：通過簡單的液相吸附法

2、合成夾心結(jié)構(gòu)的檸檬酸鋅鎳鈷微米球并以此為自模板在空氣中煅燒制備了夾心結(jié)構(gòu)的ZnONiOZnCo2O4混合微米球。通過X射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等研究方法對合成樣品的物相、形貌、結(jié)構(gòu)及成分進(jìn)行了表征。用作鋰離子電池負(fù)極材料時，夾心結(jié)構(gòu)的ZnONiOZnCo2O4混合微米球顯示出良好的鋰存儲性能。在100mAg1電流下充放電循環(huán)140次后夾心結(jié)構(gòu)混合微米球的比容量達(dá)到1194mAhg1

3、?；旌衔⒚浊騼?yōu)越的鋰存儲性能與其獨(dú)特的夾心結(jié)構(gòu)、小的納米組成單元以及不同成分間的協(xié)同效應(yīng)密切相關(guān)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：ZnONiOZnCo2O4；夾心結(jié)構(gòu)；鋰離子電池；負(fù)極材料中圖分類號：中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A近年來，隨著社會的進(jìn)步和不斷向前發(fā)展，能源問題逐漸地凸顯出來并成為制約社會進(jìn)一步發(fā)展的重要因素之一。鋰離子電池作為一種清潔、干凈的綠色儲能器件具有能量密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在手機(jī)、筆記本電腦、相機(jī)等

4、便捷式電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，并在高能耗的大型設(shè)備如電動汽車等領(lǐng)域也極具應(yīng)用潛力[13]。由于常規(guī)石墨負(fù)極的理論容量（372mAhg1）比較低，使其應(yīng)用受到了很大的限制。過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料時具有比常規(guī)的碳質(zhì)負(fù)極更高的理論容量和更好的安全性能，因此近十幾年來得到了廣泛的研究[46]。Bai等人通過簡單的熱分解法合成NiO多孔微米球并測試了其作為鋰離子電池負(fù)極材料的鋰存儲性能[6]。研究結(jié)果表明即使在大的電流密度下（5

5、00mAg1）循環(huán)100次，這種NiO多孔微米球仍然具有非常高的比容量，達(dá)到800.2mAhg1?？招慕Y(jié)構(gòu)微納米材料具有大的比表面積和內(nèi)部空余空間等特點(diǎn)，作為鋰離子電池負(fù)極材料不僅能夠提供大的電極電解液接觸面積而且能夠有效地緩解充放電過程中電極材料劇烈的體積變化，有助于提高電極的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性[78]。最近的研究結(jié)果表明作為一種1.3電化學(xué)性能測試電化學(xué)性能測試將夾心結(jié)構(gòu)的ZnONiOZnCo2O4混合微米球作為活性物質(zhì)和乙炔黑、聚

6、乙烯基氟乙烯（PVDF）按質(zhì)量比為7:2:1均勻混合然后分散在1甲基2吡咯烷酮（NMP）中。將所得漿料涂覆在銅箔上，80C真空干燥12h后在20MPa下壓實作為工作電極。金屬鋰片作為對電極和參比電極；溶解于含有等體積的碳酸次乙酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）的混合溶液（濃度為1molL）的LiPF6作為電解液；Celgard2400作為電池隔膜。在水、氧含量小于0.1ppm的手套箱中封裝CR2025電池。電池循環(huán)性能和倍率性能用多孔道電

7、池測試系統(tǒng)（Newware）測定，循環(huán)伏安測試在Autolab電化學(xué)工作站進(jìn)行，掃描速率為0.1mVs1。2.結(jié)果與討論結(jié)果與討論2.1形貌與結(jié)構(gòu)分析形貌與結(jié)構(gòu)分析圖1（a）是夾心結(jié)構(gòu)的檸檬酸鋅鎳鈷微米球前驅(qū)體的XRD圖，從圖中可知制得的前驅(qū)體是非晶的。前驅(qū)體的SEM和TEM照片如圖2所示。圖2（a）是低倍的SEM照片，清楚地展現(xiàn)出檸檬酸鋅鎳鈷前驅(qū)體的微米球形貌，球的直徑大約為1.6微米。球的表面比較粗糙，存在少量大小約為100~200

8、納米的小顆粒。圖2（b）和（d）清晰地顯示出檸檬酸鋅鎳鈷微米球的夾心結(jié)構(gòu)。能量散射圖譜（EDS）如圖2（c）所示，可以看到除了硅基底的Si和用于增加導(dǎo)電性的Au兩種元素外樣品包含Zn、Ni、Co、O、C元素，其中Zn、Ni、Co的原子比約為6.3:1.5:1.0。以上結(jié)果表明Ni和Co離子在陳化過程中能夠與檸檬酸鋅實心微米球相互作用，最終生成夾心結(jié)構(gòu)的檸檬酸鋅鎳鈷微米球。20304050607080NCbaCCCCCCCNNNNZZZZ