尖晶石型鈷酸鹽的水熱合成及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鈷酸鹽由于具有較高的初始容量、良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能以及比Co3O4更低廉的成本、更小的毒性等優(yōu)點(diǎn),有望成為具有發(fā)展前景的鋰離子電池負(fù)極材料。本文通過水熱法分別合成出了具有納米結(jié)構(gòu)的MnCo2O4、CuCo2O4、ZnCo2O4顆粒,并通過X-射線衍射儀(XRD)、X-射線光電子能譜(XPS)分別對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)分別對產(chǎn)物的形貌進(jìn)行了表征,通過循環(huán)伏安法(

2、CV)、恒電流充放電測試儀以及電化學(xué)交流阻抗(EIS)分別對產(chǎn)物的電化學(xué)性能做了一系列系統(tǒng)的研究。通過表征結(jié)果總結(jié)分析了各方面因素與材料電化學(xué)性能之間的關(guān)系。
　　第一章介紹了鋰離子電池的發(fā)展、鋰離子電池的組成及工作原理。對鋰離子電池的正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)、合成方法以及電化學(xué)性能做了概括、并對尖晶石型鈷酸鹽作為鋰離子電池的負(fù)極材料的發(fā)展作出了展望。
　　第二章主要介紹了本文所用儀器的原理及應(yīng)用領(lǐng)域,并對電極的制備和電池的組裝過程

3、作了詳細(xì)介紹。
　　第三章研究了具有納米結(jié)構(gòu)的 MnCo2O4的水熱合成及其電化學(xué)性能。探討了煅燒溫度對產(chǎn)物的影響,XRD結(jié)果表明,600℃所得 MnCo2O4顆粒為純相,具有尖晶石結(jié)構(gòu),屬立方晶系,Fd3m點(diǎn)群,具有良好的晶型,較高的結(jié)晶度;XPS結(jié)果表明,產(chǎn)物中,Mn為+4價(jià)、Co為+2價(jià);SEM和TEM結(jié)果表明,所得產(chǎn)物為納米顆粒,粒徑為11～17 nm,分布均勻,其中,通過高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)表征,結(jié)果表明,

4、所得MnCo2O4納米顆粒是沿著(311)特定晶面生長,具有很高的結(jié)晶度;通過循環(huán)伏安法和恒電流充放電測試儀對產(chǎn)物的電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,結(jié)果表明,所得產(chǎn)物的初始放電容量高達(dá)1448 mA*h*g-1,并對充放電的反應(yīng)機(jī)理做了初步的探討;電化學(xué)交流阻抗(EIS)結(jié)果表明,所得產(chǎn)物具有較小的表面阻抗,為46Ω。
　　第四章研究了具有納米結(jié)構(gòu)的 CuCo2O4的水熱合成及其電化學(xué)性能。XRD結(jié)果表明,所得CuCo2O4顆粒具有尖

5、晶石結(jié)構(gòu),屬立方晶系,Fd3m點(diǎn)群,具有良好的晶型,較高的結(jié)晶度,伴隨少量的CuO;XPS結(jié)果表明,產(chǎn)物中,Cu為+2價(jià)、Co為+3價(jià);通過TEM表征,結(jié)果表明,所得產(chǎn)物為納米顆粒,粒徑為22-26 nm,分布均勻.將所得的CuCo2O4納米顆粒作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行了恒電流測試,所測初始放電容量分別為1509 mAh?g-1,表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。通過對所得產(chǎn)物進(jìn)行循環(huán)伏安測試,對其作為鋰離子電池負(fù)極材料的充放電反應(yīng)機(jī)理有了初步

6、的探索。
　　第五章研究了不同形貌的ZnCo2O4的水熱合成及其電化學(xué)性能。XRD結(jié)果表明,所得ZnCo2O4顆粒均為純相,具有尖晶石結(jié)構(gòu),屬立方晶系,Fd3m點(diǎn)群,具有良好的晶型,較高的結(jié)晶度; SEM和TEM結(jié)果表明,所得產(chǎn)物的形貌有納米棒,一維結(jié)構(gòu),正六邊形片狀,多孔納米顆粒,其中納米棒直徑為20 nm,長度為150 nm,通過高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)表征,結(jié)果表明,所得ZnCo2O4納米顆粒是沿著(311)特定晶