Co 3 O 4 /C复合材料制备及其电化学性能研究
发布时间：2020-12-25 08:14
Co3O4作为锂离子电池负极材料具有较高的理论比容量(890 mAh g-1)。但在循环时,存在较大的体积效应和导电性差。通常可以通过控制形貌、纳米化和碳材料复合等方法减少体积效应和增加导电性。本文通过溶液燃烧法和水热法合成特殊形貌的Co3O4来抑制体积效应,提高活性物质与电解液的接触。以离子液体作为碳源对于制备的特殊形貌Co3O4进行碳包覆,来进一步提高导电性,并研究了碳复合和形貌控制对电化学性能的影响。具体内容如下:（1）采用混合燃料溶液燃烧法（SCS）合成了介孔Co3O4/C复合材料。在燃烧反应过程中,随着气体的释放和Co3O4颗粒的生长,残留的碳和Co3O4形成了多孔网络结构,可以显著的提高Co3O4/C复合材料的倍率性能。在200次循环后,Co
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池充放电原理示意图[15]
Co3O4/C复合材料制备及其电化学性能研究4Li1-xCoO2材料中Co4+被氧化为Co3+，并与Li+结合形成LiCoO2。电极反应的表达式为：正极反应:LiCoOLiCoOxLixe(1.1)负极反应:CxLixeLiC(1.2)总反应:LiCoOCLiCoOLiC(1.3)图1.1锂离子电池充放电原理示意图[15]1.2.3锂离子电池的优缺点图1.2各类电池体积、质量能量密度对比图[1]锂离子电池作为当前发展和应用最广泛的化学电池，在商业和科学研究中都受到了很高的重视。相较于传统的铅酸、镍-氢、镍-铬电池，锂离子电池具有明显的优点[16]：
Co3O4/C复合材料制备及其电化学性能研究10图1.4碳包覆Li4Ti5O12纳米多孔微球的合成策略[38]a）和循环性能b）1.3.3合金类材料合金类负极材料通常有Si、Sn、Ge、Zn以及相应的氧化物，具有非常高的可逆比容量，从783mAhg-1到4200mAhg-1[39-41]。主要是通过金属或氧化物与锂离子合金化形成LixM。合金类材料储锂反应机理如下：MO2yLi2yexMyLiO（1.6）MzLizeLiM（1.7）按照上式进行充放电反应，锂离子的嵌入和脱出是通过合金化和去合金化过程实现的，可以储存和释放大量的锂离子。（1）硅基材料硅在地球中的储量丰富，地球中28%的元素是由硅构成。地壳中的硅主要以氧化硅形式存在。通常，硅分为晶体硅和无定形硅两种形式存在。作为负极材料，无定形硅有着非常优异的电化学性能，通过合金化反应，和锂离子生成Li12Si7、Li7Si3、Li13Si14和Li22Si15，可以得到很高可逆比容量。硅材料具有超高的理论比容量，形成Li22Si15理论比容量达到4200mAhg-1[42]。在这个过程中体积膨胀达到400%，巨大的体积效应造成了容量的衰减以及循环性能的下降[43]。另外，硅负极放电平台较低（0.4V），与正极材料配合可以提供较高的输出电压，电压平台高于锂金属，不容易形成锂枝晶[44,45]。此外，SiO2负极材料作为合金类的负极材料研究广泛，反应机理如式（1.6）、（1.7）所示，SiO2会先还原成金属，然后发生合金反应，其理论比容量为1600mAhg-1[46]。合金材料虽然具有非常高的比容量，但普遍导电性较差，而且在充放电过程中伴随着巨大的体积效应，容量衰减严重。常见的改性办法主要是纳米化、合金化、与碳材料复合等[47-50]。通过纳米化和碳包覆提高导电性的同时抑制体积效应，从而提高硅负极材料的循环稳定性。Cui[50]等合成出类
【参考文献】：
博士论文
[1]Co3O4基纳米线作为锂离子电池负极材料的研究[D]. 占亮.华南理工大学 2016
硕士论文
[1]基于石墨烯的高功率锂离子电池负极材料制备及性能研究[D]. 陈学成.天津大学 2012
本文编号：2937274
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池充放电原理示意图[15]
Co3O4/C复合材料制备及其电化学性能研究4Li1-xCoO2材料中Co4+被氧化为Co3+，并与Li+结合形成LiCoO2。电极反应的表达式为：正极反应:LiCoOLiCoOxLixe(1.1)负极反应:CxLixeLiC(1.2)总反应:LiCoOCLiCoOLiC(1.3)图1.1锂离子电池充放电原理示意图[15]1.2.3锂离子电池的优缺点图1.2各类电池体积、质量能量密度对比图[1]锂离子电池作为当前发展和应用最广泛的化学电池，在商业和科学研究中都受到了很高的重视。相较于传统的铅酸、镍-氢、镍-铬电池，锂离子电池具有明显的优点[16]：
Co3O4/C复合材料制备及其电化学性能研究10图1.4碳包覆Li4Ti5O12纳米多孔微球的合成策略[38]a）和循环性能b）1.3.3合金类材料合金类负极材料通常有Si、Sn、Ge、Zn以及相应的氧化物，具有非常高的可逆比容量，从783mAhg-1到4200mAhg-1[39-41]。主要是通过金属或氧化物与锂离子合金化形成LixM。合金类材料储锂反应机理如下：MO2yLi2yexMyLiO（1.6）MzLizeLiM（1.7）按照上式进行充放电反应，锂离子的嵌入和脱出是通过合金化和去合金化过程实现的，可以储存和释放大量的锂离子。（1）硅基材料硅在地球中的储量丰富，地球中28%的元素是由硅构成。地壳中的硅主要以氧化硅形式存在。通常，硅分为晶体硅和无定形硅两种形式存在。作为负极材料，无定形硅有着非常优异的电化学性能，通过合金化反应，和锂离子生成Li12Si7、Li7Si3、Li13Si14和Li22Si15，可以得到很高可逆比容量。硅材料具有超高的理论比容量，形成Li22Si15理论比容量达到4200mAhg-1[42]。在这个过程中体积膨胀达到400%，巨大的体积效应造成了容量的衰减以及循环性能的下降[43]。另外，硅负极放电平台较低（0.4V），与正极材料配合可以提供较高的输出电压，电压平台高于锂金属，不容易形成锂枝晶[44,45]。此外，SiO2负极材料作为合金类的负极材料研究广泛，反应机理如式（1.6）、（1.7）所示，SiO2会先还原成金属，然后发生合金反应，其理论比容量为1600mAhg-1[46]。合金材料虽然具有非常高的比容量，但普遍导电性较差，而且在充放电过程中伴随着巨大的体积效应，容量衰减严重。常见的改性办法主要是纳米化、合金化、与碳材料复合等[47-50]。通过纳米化和碳包覆提高导电性的同时抑制体积效应，从而提高硅负极材料的循环稳定性。Cui[50]等合成出类
【参考文献】：
博士论文
[1]Co3O4基纳米线作为锂离子电池负极材料的研究[D]. 占亮.华南理工大学 2016
硕士论文
[1]基于石墨烯的高功率锂离子电池负极材料制备及性能研究[D]. 陈学成.天津大学 2012
本文编号：2937274
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2937274.html
