论文部分内容阅读
Co3O4作为锂离子电池负极材料具有较高的理论比容量（890mAh 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，Co3O4/C复合材料在1C，2C，3C和5C的电流密度下的可逆放电/充电比容量分别为1120/1025、965/930、889/837和772/706mAh g-1。
（2）以离子液体（[BMIm][N(CN)2]）作为碳源，用溶液燃烧法合成氮掺杂碳包覆Co3O4复合材料（NDC/Co3O4）。制备的NDC/Co3O4为纳米级颗粒，氮掺杂碳均匀包覆在Co3O4颗粒表面。这种结构在增加导电性的同时，也抑制了Co3O4充放电过程中的体积效应，显著提高了材料的循环稳定性和倍率性能。作为锂离子电池负极材料时NDC/Co3O4具有1365.1mAh g-1的初始比容量。在充放电倍率为5C时，仍具有400mAh g-1的容量，恢复到2C进行长循环时仍能稳定保持在700mAh g-1，远高于没有氮掺杂碳改性的样品性能。
（3）采用离子液体水热法合成了氮掺杂碳包覆分级Co3O4纳米片（NDC/Co3O4NS）。所制备的NDC/Co3O4NS由厚度为50-100nm的取向不同的六边形纳米片组成。作为锂离子电池的负极，NDC/Co3O4NS在445mA g-1时具有1281.4mAh g-1的初始放电容量，并在50次循环后保持929.4mAh g-1的高可逆容量，远高于未修饰的Co3O4纳米片（230mAh g-1）。优异的电化学性能可归因于分级结构和氮掺杂碳涂层缩短了离子传输距离及良好的导电性。
（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，Co3O4/C复合材料在1C，2C，3C和5C的电流密度下的可逆放电/充电比容量分别为1120/1025、965/930、889/837和772/706mAh g-1。
（2）以离子液体（[BMIm][N(CN)2]）作为碳源，用溶液燃烧法合成氮掺杂碳包覆Co3O4复合材料（NDC/Co3O4）。制备的NDC/Co3O4为纳米级颗粒，氮掺杂碳均匀包覆在Co3O4颗粒表面。这种结构在增加导电性的同时，也抑制了Co3O4充放电过程中的体积效应，显著提高了材料的循环稳定性和倍率性能。作为锂离子电池负极材料时NDC/Co3O4具有1365.1mAh g-1的初始比容量。在充放电倍率为5C时，仍具有400mAh g-1的容量，恢复到2C进行长循环时仍能稳定保持在700mAh g-1，远高于没有氮掺杂碳改性的样品性能。
（3）采用离子液体水热法合成了氮掺杂碳包覆分级Co3O4纳米片（NDC/Co3O4NS）。所制备的NDC/Co3O4NS由厚度为50-100nm的取向不同的六边形纳米片组成。作为锂离子电池的负极，NDC/Co3O4NS在445mA g-1时具有1281.4mAh g-1的初始放电容量，并在50次循环后保持929.4mAh g-1的高可逆容量，远高于未修饰的Co3O4纳米片（230mAh g-1）。优异的电化学性能可归因于分级结构和氮掺杂碳涂层缩短了离子传输距离及良好的导电性。