纳米四氧化三钴的可控制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-05-03 18:00

  本文关键词：纳米四氧化三钴的可控制备及其电化学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：立方尖晶石型Co_3O_4由于其易于制备、环境友好、成本低廉及相对较高的理论比容量(892mAh·g~(-1))等优点，被认为是一种很有潜力且具高安全性能的锂离子电池负极材料。但是由于Co_3O_4电极材料固有的低电传导性(具半导体性质)及脱嵌锂所引起的体积膨胀，导致在充放电过程中容量衰减较为明显，特别是其在大倍率下的循环稳定性能较差，因此其商业化过程任重而道远。 近年来，直接生长在集流体上的过渡金属氧化物电极材料，越来越引起人们的重视。过渡金属氧化物直接生长在集流体上，避免了使用导电乙炔黑、粘结剂等电化学惰性辅助材料，活性材料与集流体间直接接触，得到了制作方法简单、电传导性高及较高比容量的电极材料。本文在镍网上负载了不同形貌的尖晶石型纳米Co_3O_4活性材料，对其进行包覆改性，并利用物理和化学方法分别表征了其形貌、晶体结构及电化学性能。主要研究工作如下： 1.采用溶剂热-热分解法在镍网上合成了整齐排列的花状Co_3O_4纳米片负极材料。SEM和TEM测试结果表明：所得样品为孔径~7nm的介孔纳米片围绕一个中心组成的纳米花状尖晶石型Co_3O_4。将其与同等条件下制备的溶液中Co_3O_4电极材料的电化学性能进行对比，测试结果表明：0.5C倍率下循环30次后，溶液中及负载于镍网上的花状Co_3O_4纳米材料的放电比容量分别为593.1mAh·g~(-1)、883.3mAh·g~(-1)，相对于第2次放电过程，容量保持率分别为55.9%、82.3%。负载于镍网上的花状Co_3O_4纳米材料电化学性能明显优于同等条件下制备的溶液中Co_3O_4电极材料。 2.利用水热-热分解法在镍网上制备了高度均匀负载的Co_3O_4纳米片阵列。SEM和TEM等测试结果表明：所得样品为厚~10nm、高~3.2um、孔径~6nm的尖晶石型Co_3O_4纳米片，纳米片之间相互交联形成了1.5um的微孔网络结构；且样品在0.5C倍率下经过30次循环后，其放电比容量保持在~1000mAh·g~(-1)。 3.运用银镜反应对2中制备的纳米片状Co_3O_4电极材料进行Ag包覆改性，得到了Ag@Co_3O_4复合电极材料。本章详细地研究了银包覆对复合材料的形貌及电化学性能的影响，结果表明Ag包覆能够有效的改善材料的电化学性能。Ag@Co_3O_4纳米复合材料显示了优良的储锂容量和循环性能(40次循环后放电比容量仍1100mAh·g~(-1))。
【关键词】：Co_3O_4 纳米材料 银包覆 负极材料 锂离子电池
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O614.812;O646
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 引言9
• 1.2 锂离子电池的概述9-12
• 1.2.1 锂离子电池发展史9-10
• 1.2.2 锂离子电池的的工作原理10-11
• 1.2.3 锂离子电池的特点及发展趋势11-12
• 1.2.4 锂离子模拟电池的构造12
• 1.3 锂离子电池负极材料的研究现状12-15
• 1.3.1 碳材料13
• 1.3.2 锂过渡金属氮化物材料13-14
• 1.3.3 过渡金属氧化物材料14-15
• 1.4 Co_3O_4的概述15-18
• 1.4.1 Co_3O_4电极材料的结构及电化学机理15-16
• 1.4.2 Co_3O_4的制备工艺及研究现状16-18
• 1.5 本课题的主要内容及研究意义18-20
• 第2章 实验仪器及表征方法20-23
• 2.1 实验仪器20
• 2.2 物理性能测试方法20-21
• 2.2.1 X-射线衍射(XRD)20
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)20-21
• 2.2.3 透射电子显微镜(TEM)21
• 2.3 电化学性能的研究21-23
• 2.3.1 电池的组装21
• 2.3.2 循环伏安分析法(CV)21
• 2.3.3 恒流充放电测试21-22
• 2.3.4 交流阻抗法(EIS)22-23
• 第3章 溶剂热-热分解法镍网上负载花状 Co_3O_4纳米片及其性能研究23-33
• 3.1 引言23
• 3.2 主要药品23-24
• 3.3 实验部分24-25
• 3.3.1 基底的预处理24
• 3.3.2 溶剂热-热分解过程24
• 3.3.3 材料表征和电化学性能测试24-25
• 3.4 结果与讨论25-31
• 3.4.1 物相分析25-26
• 3.4.2 形貌表征26-27
• 3.4.3 纳米花状 Co_3O_4的电化学性能测试27-31
• 3.5 本章小结31-33
• 第4章 水热-热分解法镍网上负载 Co_3O_4纳米片阵列及其性能研究33-41
• 4.1 引言33-34
• 4.2 主要药品34
• 4.3 实验部分34-35
• 4.3.1 Co_3O_4的制备34-35
• 4.3.2 材料表征和电化学性能测试35
• 4.4 结果与讨论35-40
• 4.4.1 XRD 测试35-36
• 4.4.2 形貌表征36-38
• 4.4.3 Co_3O_4纳米片阵列的电化学性能测试38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第5章 Ag@Co_3O_4复合材料的制备及其电化学性能研究41-51
• 5.1 引言41
• 5.2 主要药品41-42
• 5.3 实验部分42-43
• 5.3.1 镍网负载 Co_3O_4纳米片阵列42
• 5.3.2 Ag@Co_3O_4纳米片阵列的制备42
• 5.3.3 材料表征和电化学性能测试42-43
• 5.4 结果与讨论43-49
• 5.4.1 最优合成条件探索43-46
• 5.4.2 Ag@Co_3O_4电极的电化学性能46-49
• 5.5 本章小结49-51
• 第6章 总结与展望51-53
• 参考文献53-59
• 致谢59-60
• 个人简历60-61
• 在学期间发表的学术论文与研究成果61

【参考文献】

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本文编号：343448