球狀Co3O4-低維碳復(fù)合材料的制備及其鋰離子電池負(fù)極性能研究.pdf

1、鋰離子二次電池已成為發(fā)展最快和最受重視的新型儲(chǔ)能裝置，目前商業(yè)化炭負(fù)極材料具良好的循環(huán)性能，但比容量較低，迫切需要進(jìn)行新型高容量負(fù)極材料的研究和探索。過(guò)渡金屬鈷氧化物具有高比容量，很有希望成為一種新型高容量鋰離子二次電池負(fù)極材料，但其首次容量損失較大，快速容量衰減限制了此類材料的實(shí)地應(yīng)用。將過(guò)渡金屬氧化物與導(dǎo)電性良好的炭材料（如石墨烯、碳納米管等）復(fù)合，是解決上述問(wèn)題的方法之一。石墨烯因其具有較大的比表面積、良好的電導(dǎo)性能已成為了新能源

2、領(lǐng)域迅速崛起的新星，碳納米管(CNTs)具有優(yōu)良的電化學(xué)嵌鋰性能，可作為負(fù)極添加劑應(yīng)用于鋰離子電池。
　　 本論文探討了過(guò)渡金屬鈷氧化物、石墨烯/氧化鈷復(fù)合材料及碳納米管/氧化鈷復(fù)合材料的制備，采用多種表征方法對(duì)材料的形貌結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得以下研究結(jié)果:
　　 (1)利用水熱-熱分解法制備了四氧化三鈷(Co3O4)球。通過(guò)X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和熱重分析(TGA)等對(duì)所制備的Co

3、3O4進(jìn)行了表征?？疾炝瞬煌瑢?shí)驗(yàn)條件對(duì)Co3O4形貌的影響，并確定制備Co3O4球前驅(qū)體的最佳條件:乙二醇和水的比例為80∶40 mL、水熱反應(yīng)時(shí)間為24 h、水熱溫度為200-230℃。利用循環(huán)伏安法和恒電流充放電等技術(shù)對(duì)不同形貌Co3O4的鋰離子電池負(fù)極性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明Co3O4片及疏松Co3O4球的首次充電容量高，但隨循環(huán)衰減較快;致密Co3O4球的首次充電容量相對(duì)低，卻具有相對(duì)較好的循環(huán)性能。
　　 (2)基于靜

4、電吸附原理制備了石墨烯包覆Co3O4球的復(fù)合材料(GE/Co3O4)。通過(guò)SEM、XRD、TGA和X射線能量色散光譜(EDS)等對(duì)所制備的復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行了表征。結(jié)果表明石墨烯均勻的包裹在Co3O4球表面，石墨烯的含量約為20％。通過(guò)循環(huán)伏安法和恒電流充放電等技術(shù)考察了所制備復(fù)合材料的鋰離子電池負(fù)極性能。與Co3O4球和GE-Co3O4材料相比較，GE/Co3O4具有較高的可逆容量，經(jīng)過(guò)30次循環(huán)仍保持850 mAh/g的可

5、逆容量，展現(xiàn)出較好的循環(huán)性能和倍率性能。
　　 (3)采用混酸修飾的碳納米管和硅烷偶聯(lián)劑(APS)修飾的Co3O4球自組裝制備碳納米管包覆Co3O4球復(fù)合材料(CNTs/Co3O4)。利用SEM、EDS、XRD和TGA等對(duì)CNTs/Co3O4復(fù)合材料進(jìn)行了形貌結(jié)構(gòu)及組成的表征。結(jié)果表明修飾處理后的碳納米管呈網(wǎng)狀均勻地纏繞在Co3O4表面，并且APS修飾造成的Co3O4碎片也被緊實(shí)的包裹起來(lái)。通過(guò)循環(huán)伏安法和恒電流充放電等技術(shù)對(duì)所