鋰離子電池高容量氧化鈷負(fù)極材料的研究.pdf

1、鋰離子二次電池具有比能量高、工作電壓高、循環(huán)壽命長、安全無污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為發(fā)展最快和最受重視的高能蓄電池。商業(yè)化石墨碳負(fù)極材料具有良好的循環(huán)性能，但比容量(300～350mAhg-1)較低，不能滿足高比能量電池的發(fā)展要求，迫切需要進(jìn)行新型高容量負(fù)極材料的研究和探索。而過渡族金屬鈷氧化物(CoO、Co3O4)的比容量高達(dá)700～1000mAhg-1，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。研究表明，無論鈷氧化物納米顆粒還是納米

2、管，首次容量損失較大(＞30％)及快速的容量衰減限制了此類材料的實(shí)際應(yīng)用。本文采用合成的六方β-Co(OH)2為模板制備了層片狀CoO、Co3O4材料及其復(fù)合負(fù)極材料；另外，以酸化處理的碳納米纖維為模板合成了Co(OH)2-碳納米纖維(Co(OH)2-CNF)前驅(qū)體并制備了Co3O4-碳納米纖維(Co3O4-CNF)復(fù)合負(fù)極材料。結(jié)果表明，合成的CoO、Co3O4及其復(fù)合材料很好地改善了電池的首次效率和循環(huán)性能。主要工作包括以下幾方面：

3、 1.層片狀氧化亞鈷的制備及儲鋰性能研究。在無模板、無表面活性劑的水熱條件下，控制反應(yīng)條件合成了不同尺寸的六方β-Co(OH)2材料：研究了初始硝酸鈷濃度、反應(yīng)溶液組成、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對產(chǎn)物形貌的影響。以層片狀β-Co(OH)2為模板制備了層片狀CoO材料，系統(tǒng)研究了形貌尺寸對CoO材料儲鋰容量和循環(huán)性能的影響。平均直徑約為15μm，厚度約6μm層片狀CoO電化學(xué)性能要比單薄片及納米CoO要好，100次循環(huán)后其容量

4、保持在800mAhg-1。 2.納米、層片狀四氧化三鈷負(fù)極材料制備及儲鋰性能研究。在異丙醇/水(體積比，1:1)溶液中，合成了α-Co(OH)2前驅(qū)體并煅燒制備了納米Co3O4材料，研究了納米Co3O4電化學(xué)儲鋰性能。同時(shí)，采用水熱.熱分解法制備了層片狀Co3O4材料，研究了層片狀Co3O4材料電化學(xué)性能。結(jié)果表明，平均直徑約15μm，厚度4～10μm層片狀Co3O4材料循環(huán)性能較好，100次循環(huán)后其容量穩(wěn)定在600mAhg-1

5、左右。 3.四氧化三鈷-碳納米纖維復(fù)合負(fù)極材料制備及電化學(xué)性能研究。以酸化處理碳納米纖維為模板在異丙醇/水溶液中合成了Co(OH)2=CNF前驅(qū)體并煅燒制備了Co3O4-CNF復(fù)合負(fù)極材料。詳細(xì)地研究了前驅(qū)體Co(OH)2-CNF煅燒溫度對復(fù)合材料中Co3O4的晶形、尺寸、比表面積及物相轉(zhuǎn)變的影響。Co3O4-CNF復(fù)合材料的比表面積及碳納米纖維的含量強(qiáng)烈地影響該系列復(fù)合材料的電化學(xué)性能。作為鋰離子電池負(fù)極材料，Co3O4=CN

6、F(CNF的百分含量為24.3％)納米復(fù)合材料顯示了優(yōu)良的儲鋰容量和循環(huán)性能(100次循環(huán)后容量仍超過880mAhg-1)。 4.層片狀氧化鈷/碳納米纖維復(fù)合材料制備及儲鋰性能研究。以合成的β-Co(OH)2/CNF前驅(qū)體在氬氣或空氣氛中煅燒分別制備了層片狀CoO/CNF和Co3O4/CNF復(fù)合材料。層片狀CoO/CNF復(fù)合材料具有良好的儲鋰循環(huán)性能和高倍率性能。在1MLiPF6-EC:DMC(1:1，Vol)常規(guī)電解液中，與正