鈷酸鋅基納米復合材料的制備及其鋰離子電池性能研究.pdf

1、近年來，由于便攜電子設(shè)備，電動汽車的需求不斷增長，擁有高比容量、充放電速度快、循環(huán)周期長等特點的鋰電池電極材料備受關(guān)注。目前商業(yè)中鋰電池主要使用的電極材料為石墨，其理論容量為374mAh/g，很難以滿足人們的需求，因此需要尋找更好的負極材料來代替石墨。Co基尖晶石結(jié)構(gòu)由于其較高可逆容量而被廣泛研究。在Co基尖晶石結(jié)構(gòu)中，ZnCo2O4由于其低毒性，低成本，熱穩(wěn)定性高，容量大等特點備受關(guān)注。然而，由于其導電率低，充放電循環(huán)過程中體積變化較

2、大也需要進一步改進，將其與導電性好或者比容量高的納米材料進行復合，利用兩種材料的協(xié)同效應，是一種提高其電容性質(zhì)的有效途徑。本論文研究圍繞ZnCo2O4納米材料，成功制備了ZnCo2O4納米線陣列、ZnCo2O4/碳納米管和ZnCo2O4/MnO2復合材料，并探索了它們的鋰離子電池性質(zhì)，主要工作如下:
　　(1)通過水熱法在鎳網(wǎng)上合成了ZnCo2O4納米線，采用SEM、XRD、TG、電化學測試等手段對樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、電化學性能進行

3、研究。ZnCo2O4納米線寬度為100nm，長度約為5μm～8μm。其作為負極的鋰離子電池首次放電容量有1498mAh/g，經(jīng)過50次充放電循環(huán)以后，容量仍有612 mAh/g。通過延長水熱反應的時間，得到了長度更長的納米線，通過電化學循環(huán)測試，結(jié)果表明材料的充放電容量會隨著納米線長度的增加而降低。
　　(2)針對ZnCo2O4材料本身的導電率較低，充放電循環(huán)容量保持率不高等缺點，在(1)的研究基礎(chǔ)上，在ZnCo2O4納米線外用化

4、學氣相沉積法成功了包覆一層碳納米管(ZnCo2O4@CNT)。通過SEM、XRD、電化學測試等測試手段對樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、電化學性能進行表征，對CNT的包覆原理進行了分析。電化學測試結(jié)果表明ZnCo2O4納米線與碳納米管復合后，首次放電容量有1392mAh/g，經(jīng)過50次充放電循環(huán)以后容量仍有735mAh/g，在0.5A/g大電流充放電時容量為570。相比于單純的ZnCo2O4材料，包覆碳納米管的復合材料具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性與快速充放電

5、性能。
　　(3)將ZnCo2O4材料與KMnO4溶液通過水熱反應，在ZnCo2O4納米線外成功包覆了MnO2，得到了ZnCo2O4/MnO2。通過SEM、XRD、TEM等測試方式驗證了包覆物的成分為MnO2，并對包覆后的復合材料進行電化學測試，結(jié)果表明雖然復合材料的循環(huán)穩(wěn)定性很高，但其首次放電不可逆容量較大，循環(huán)容量較低，第二次循環(huán)的放電容量為314mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)以后容量為215mAh/g。
　　(4)將基底更