碳基Zn-Co双金属氧化物和硫化物的制备及其电化学性能的研究

发布时间：2020-12-23 04:22

　　随着便携式设备、绿色能源和电动汽车的快速发展,开发高能量密度的安全储能设备变得越来越重要。锂离子电池因其高电压、无记忆效应、重量轻、体积小、低维护成本和自放电率低等优点成为可持续发展能源的首选之一。如今,通过混合不同的化合物来合成异质结构改善材料的理化性能是关注的焦点。双金属氧化物和硫化物由于更高的导电性以及协同效应在锂离子存储中表现突出成为目前研究热点。本文以Zn-Co双金属氧化物和硫化物为主要研究对象,以稻壳纤维素和氧化石墨烯（GO）为基体通过不同的方法成功制备了ZnO/CoO@RHC、ZnO/CoO@rGO和Zn_0.76Co_0.24@rGO双金属复合材料,并对其进行了XRD、Raman、XPS、BET等物理表征和电化学性能测试。主要研究内容及结论如下:（1）以Co（NO₃）₂·6H₂O、Zn（NO₃）₂·6H₂O为原料,在尿素和氨水的辅助下通过溶剂热法制备了ZnCo₂O₄

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：113 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池工作原理图[17]

石墨,其理论容量为372 mAh g-1,是当前锂离子电池中最常用的负极材料,可以在0.2 V以下提供300 mAh g-1的高平稳容量,这可以确保稳定的充放电平台[15]。六边形的碳薄片在范德华力的作用下堆叠在一起。如图1.2为石墨层的示意图以及Li C6中Li的面内分布。同一片上(共享sp2杂化键)的任何两个碳原子之间的力比任何同时存在两个片之间的力强得多。正是由于这种力的差异,锂离子可逆的嵌入到石墨片之间提供高速率的充电和放电[19]。锂嵌入石墨片层之间,并且相邻的间隙位点将不会再与锂离子直接结合,这导致石墨片的每个碳六边形只能结合一个锂离子,如图1.2(b),这将直接影响和限制石墨的储能密度[20]。石墨在锂嵌入过程膨胀率低,使它们在多次充放电循环后仍保持优越的充放电能力,这使得其成为商业锂离子电池中最受欢迎的负极材料之一。然而这种低膨胀也会导致石墨负极的剥落粉化以及快速降解[21]。同时,Li+在石墨中也存在扩散能力差、充电慢等问题,因此要对石墨进行改性。一般来说,对石墨材料进行氧化处理,有助于展现更好的性能[22-23]。这可归因于以下方面:(1)氧化处理使材料表面形成的许多缺陷以及小孔、中孔为离子向堆叠的石墨片层的深部扩散提供了有效的传输途径,从而展现了优异的锂离子存储容量和循环性能。(2)氧化处理能够在材料表面形成一层保护膜层,这样在一定程度上抑制电池内部SEI膜的生长,促进Li+和e-的移动。

(a)软碳(b)硬碳

【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂碳层包覆金属钴颗粒与氮掺杂石墨烯纳米复合材料作为高容量锂离子电池负极材料（英文）[J]. 耿凯明,吴俊杰,耿洪波,胡亚云,瞿根龙,潘越,郑军伟,顾宏伟.  无机化学学报. 2016(09)



本文编号：2933063