CoB合金與Co-石墨烯復(fù)合材料的球磨制備和電化學性能研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的不斷迅速發(fā)展和環(huán)境保護意識的增強，人們對高性能、無污染的電池的需求越來越迫切。鎳氫電池具有質(zhì)量輕、體積小、性價比高、環(huán)保安全等一系列優(yōu)點符合人們對二次電池的需求。經(jīng)過全球科研工作者的共同努力，一系列高儲氫比容量的合金負極材料相繼被開發(fā)出來。在眾多電池體系中，鈷基合金和鈷基復(fù)合材料吸引了眾多科研工作者和新能源企業(yè)的目光。本文通過高能球磨法制備了Co-B系列合金和Co-石墨烯復(fù)合材料，研究了它們的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學性能，并初步

2、探討了Co基儲氫材料的電化學反應(yīng)的機理。
　　 ⑴球磨法一般采用500 rpm以下的轉(zhuǎn)速制備合金材料，能量密度相對較低；本文采用高能球磨法(600、800、900 rpm)制備系列Co-B合金；Co-B系列合金在600、800和900 rpm轉(zhuǎn)速下隨著球磨時間的延長Co、B單質(zhì)迅速非晶化、合金化；在600和800rpm轉(zhuǎn)速下，球磨時間增加到5h及以上時，各組分的合金均呈現(xiàn)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；而在900rpm轉(zhuǎn)速下，球磨1h及以上，晶態(tài)C

3、o、B單質(zhì)完全消失，出現(xiàn)了大量的結(jié)晶態(tài)中間化合物。合金材料在800 rpm轉(zhuǎn)速下球磨時非晶化效果最佳，更容易使合金處于不穩(wěn)定的高能量狀態(tài)，有利于合金儲氫活化能的降低，有利于合金與H發(fā)生反應(yīng)。隨著球磨時間的延長合金材料的顆粒直徑逐漸減小，球磨時間過長會出現(xiàn)“逆粉碎”現(xiàn)象，合金顆粒直徑增加。
　　 ⑵Co-B系列合金材料均能在前2次充放電循環(huán)內(nèi)達到最大放電比容量，活化性能良好；CoB、Co2B和Co3B合金材料在球磨20 h時均達到

4、最大放電比容量603.3 mAh/g、638.4 mAh/g、379.7 mAh/g；大電流放電性能研究表明：Co-B系列電極材料經(jīng)過活化以后的最大放電容量一般達到600 mAh/g以上；Co2B材料經(jīng)過球磨20 h以后，在充放電速率為100 mA/g的電流密度下能達到771.04 mAh/g的放電容量；球磨15、20 h的CoB和Co2B合金在500 mA/g的充放電電流密度下具有最佳的電化學性能。
　　 ⑶分別采用200、4

5、00、600、800 rpm的轉(zhuǎn)速制備了Co-石墨烯系列復(fù)合材料；研究發(fā)現(xiàn)：在400 rpm轉(zhuǎn)速下材料的復(fù)合效果最佳；而在200 rpm轉(zhuǎn)速下，材料的復(fù)合效果不理想；在600和800 rpm轉(zhuǎn)速下，材料中出現(xiàn)了結(jié)晶相Co3C，超出了復(fù)合材料范疇；Co-石墨烯復(fù)合材料在400 rpm轉(zhuǎn)速下經(jīng)過10 h球磨復(fù)合，材料中存在部分Co單質(zhì)結(jié)晶相，并沒有出現(xiàn)其它結(jié)晶相；SEM顯示復(fù)合材料中Co顆粒和層狀石墨烯之間呈漢堡式夾層結(jié)構(gòu)。
　　

6、⑷不同組分的Co-石墨烯復(fù)合材料均能在前4次充放電循環(huán)內(nèi)達到最大放大比容量，活化性能良好；隨著Co含量的增加，復(fù)合材料電極的最大放電比容量先增加后減小，且在Co與石墨烯質(zhì)量比例為6:1時達到最大值900 mAh/g，為Co單質(zhì)放電比容量(184 mAh/g)的4.9倍。第20次充放電循環(huán)的放電比容量最高達到583 mAh/g，容量保持率為69.8％；復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性遠遠優(yōu)于Co-B系列材料。高倍率放電性能測試表明，在不同成分的復(fù)合材