TiO2和Co3O4復(fù)合負(fù)極材料的水熱合成及鋰電性能研究.pdf

1、商業(yè)化石墨類負(fù)極材料，由于其能量密度低、倍率性能差、在充放電過程中容易形成鋰枝晶而存在安全隱患等缺陷，已無法滿足日益增長的能源需求。嵌入型過渡金屬氧化物二氧化鈦（TiO2）具有嵌鋰電壓高（1.5V）、安全無污染、循環(huán)穩(wěn)定性較好等優(yōu)點而被廣泛研究，但較小的電子導(dǎo)電率以及較低的比容量，嚴(yán)重制約了電化學(xué)性能的發(fā)揮。轉(zhuǎn)化型過渡金屬氧化物四氧化三鈷（Co3O4）具有較高的能量密度、耐腐蝕性強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，是目前的研究熱點。然而，Co3O4

2、在還原過程中會發(fā)生劇烈的體積膨脹而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)粉化，嚴(yán)重影響其電化學(xué)性能。石墨烯（Graphene）由于具有較強(qiáng)的機(jī)械性能，比表面積大，導(dǎo)電性好等優(yōu)勢，可以有效提高電極材料的電導(dǎo)率并緩減體積膨脹等問題?；诖?，本文采用水熱法通過形貌優(yōu)化制備電化學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合負(fù)極材料。主要分為以下三方面內(nèi)容：
　　其一，以鈦酸丁酯和氧化石墨烯為原料，采用水熱法合成由納米顆粒堆積而成的三維介孔TiO2/Graphene（TiO2/G）復(fù)合微球。該材料具

3、有較大的比表面積（～258m2 g-1）、孔徑（～7.8nm）和孔體積（～0.86cm3 g-1）。這些獨特的結(jié)構(gòu)特性賦予TiO2/G復(fù)合微球優(yōu)異的電化學(xué)性能。在0.2C電流密度下循環(huán)100圈后，TiO2/G的可逆比容量為185mAh g-1。在0.1-10C電流區(qū)間內(nèi)，仍體現(xiàn)出較好的倍率性能，其容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)石墨和軟碳。即使是在1C大倍率電流密度下，TiO2/G仍具有優(yōu)異的循環(huán)性能。
　　其二，以CoCl2?6H2O和氧化石墨

4、烯為原料，采用水熱法合成一維Co3O4/Graphene（Co3O4/G）復(fù)合微桿，并對其進(jìn)行了電化學(xué)性能研究。該材料在0.1C下，首次放電和充電容量分別為1591和957mAh g-1，庫倫效率為60％，70次循環(huán)后，其可逆容量仍維持在560mAh g-1。此外，Co3O4/G復(fù)合微桿還表現(xiàn)出較優(yōu)異的倍率性能。
　　其三，以Co(NO3)2?6H2O和鈦酸丁酯為原料，利用水熱法結(jié)合鈦酸丁酯的水解作用合成一維介孔Co3O4@TiO