自支撑氧化钴纳米结构锂离子电池负极材料研究

发布时间：2017-08-14 19:38

  本文关键词：自支撑氧化钴纳米结构锂离子电池负极材料研究

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【摘要】：锂离子电池负极材料的发展在锂离子电池的发展中起到至关重要的作用,而传统的石墨负极虽然具有较好的循环性能,但其理论比容量太低,难以满足高能量密度电池的需求。因此迫切需要发展具有高理论容量的负极材料来替代石墨负极。过渡金属钴氧化物具有很高的理论比容量,很有希望成为新型锂离子电池的负极材料。但其首次不可逆容量较大,衰减速度过快限制了它的实际应用。本文以水热合成为基础,在泡沫镍基底上制备出自支撑的C0304纳米线,C-Co3O4核壳结构纳米线以及CoO纳米片阵列并研究了它们作为锂离子电池负极材料的电化学性能。主要工作为以下几个方面：1.利用水热反应在泡沫镍上制备出Co2(CO3)(OH)2纳米线前驱体,空气条件下退火后得到Co3O4纳米线阵列。该纳米线阵列首次充放电容量高达1300 mAhg-1,但是循环性稳定性相对较差。2.在合成的Co2(CO3)(OH)2纳米线前驱体基础上,结合ALD和CVD两种沉积方法,尝试制备出以A1203作为牺牲层的C-CO3O4空心核壳纳米线,得到的纳米线表现出优异的循环稳定性和充放电比容量,经过20圈循环,比容量扔保持在1000 mAhg-1以上。3.分别利用两种不同的方法制备出氧化钴纳米片阵列,一种是一步水热法制备出Co(OH)2纳米片,空气中退火后得到Co3O4纳米片,该纳米片具有较高的比容量和稳定的循环性能。另外一种是利用ALD在Co2(CO3)(OH)2纳米线外包覆一层氧化铁,Ar氛围下退火后,得到由纳米线自组装而成的CoO纳米片阵列,这种结构的纳米片具有比单根纳米线阵列更好的电化学性能,该纳米片在经过50圈循环后,可逆容量保持在1027.8 mAhg-1。
【关键词】：锂离子电池负极材料 自支撑 纳米线阵列 纳米片阵列
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 前言10
• 1.2 锂离子电池的发展史10-11
• 1.3 锂离子电池的工作原理及性能特点11-12
• 1.3.1 锂离子电池的基本原理11-12
• 1.3.2 锂离子电池的性能特点12
• 1.4 锂离子电池负极材料概述12-22
• 1.4.1 碳负极材料13-16
• 1.4.2 合金类材料16-19
• 1.4.3 过渡金属氧化物19-22
• 1.4.4 其它负极材料22
• 1.5 钴氧化物负极材料的研究概况22-26
• 1.5.1 与碳材料复合23-24
• 1.5.2 复合材料24
• 1.5.3 空心结构24-25
• 1.5.4 形貌控制25-26
• 1.6 本论文的研究目的和内容26-28
• 1.6.1 研究目的26-27
• 1.6.2 研究内容27-28
• 第2章 实验仪器和方法28-31
• 2.1 实验试剂及仪器28-29
• 2.2 材料的分析表征技术29-31
• 2.2.1 物相表征29
• 2.2.2 SEM表征29
• 2.2.3 TEM表征29
• 2.2.4 电化学性能表征29-31
• 第3章 氧化钴纳米线阵列制备及其电化学性能研究31-37
• 3.1 前言31
• 3.2 实验部分31-32
• 3.2.1 Co_3O_4纳米线阵列的合成31-32
• 3.2.2 电化学性能表征32
• 3.3 结果与讨论32-36
• 3.3.1 材料形貌表征分析32-34
• 3.3.2 材料结构表征分析34-35
• 3.3.3 Co_3O_4纳米线的电池性能测试35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 蛋黄结构CO_3O_4纳米线的制备及其锂离子电池负极性能研究37-44
• 4.1 前言37-38
• 4.2 实验部分38-40
• 4.2.1 Co_2(CO_3)(OH)_2纳米线的合成38
• 4.2.2 ALD沉积Al_2O_3过程38
• 4.2.3 碳包覆38-39
• 4.2.4 蛋黄结构的制备39
• 4.2.5 电化学性能表征39-40
• 4.3 结果与讨论40-43
• 4.3.1 材料形貌表征分析40-42
• 4.3.2 C-Co_3O_4纳米线的电池性能测试42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 氧化钴纳米片的制备及其锂离子电池负极性能研究44-57
• 5.1 前言44-45
• 5.2 实验部分45-47
• 5.2.1 一步水热法合成Co_3O_4纳米片制备45
• 5.2.2 ALD协助的纳米线自组装CoO纳米片制备45-47
• 5.2.3 电化学性能表征47
• 5.3 结果与讨论47-56
• 5.3.1 一步水热法Co_3O_4纳米片47-50
• 5.3.2 ALD协助的纳米线自组装CoO纳米片50-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-66
• 发表论文66-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘建睿;王猛;尹大川;黄卫东;;高能锂离子电池的研究进展[J];材料导报;2001年07期

2 杨遇春;二次锂电池进展[J];电池;1993年05期

3 张世超;;锂离子电池关键材料产业技术现状与发展趋势[J];新材料产业;2006年03期

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本文编号：674396