Co3(HCOO)6@rGO复合材料在锂离子电池负极中的应用研究

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近年来,随着锂离子电池制造工艺和市场的日益成熟,其应用范围也逐渐向大型储能系统拓展。为实现高性能锂离子电池储能装置,研发比容量高、使用寿命长和倍率性能优异的电极材料是目前的一项重要课题。金属有机框架(MOFs)具有金属离子和有机配体两个氧化还原反应活性中心,使其在锂离子电池领域中具有潜在的应用前景。MOFs材料是由金属离子和桥连有机配体组成的一类新型的多孔材料,目前其应用主要涉及到包括气体储存、分离、药物输送和传感器等多个领域。本文对MOFs材料Co3(HCOO)6与还原氧化石墨烯(rGO)复合的Co3(HCOO)6@rGO材料、以Co3(HCOO)6@rGO为前驱体制备的Co304与还原氧化石墨烯复合的Co304@rGO材料在锂离子电池负极中的应用开展研究,主要内容如下:1、使用溶液扩散法分别制备了 Co3(HCOO)6@rGO复合材料和Co3(HCOO)6材料,对两种材料进行形貌和结构表征,并将它们作为锂离子电池负极材料测试两者的电池性能,结果显示Co3(HCOO)6@rGO相比Co3(HCOO)6材料具有更高的比容量和更好的倍率性能,Co3(HCOO)6@rGO具有潜在的应用价值;2、为探究Co3(HCOO)6@rGO和Co3(HCOO)6材料在性能上出现巨大差异的原因,我们进一步探究这两种材料的充放电机理。采用电子显微技术、谱学技术和电化学测试技术检测Co3(HCOO)6@rGO和Co3(HCOO)6材料在充放电过程中的形貌、结构和组分变化,实验结果表明,Co3(HCOO)6在充放电过程中结构坍塌,Co3(HCOO)6@rGO材料上的Co2+和甲酸根在充放电过程中均发生可逆的电化学反应,而Co3(HCOO)6材料仅有Co2+发生转化反应,rGO起到活化甲酸根离子电化学反应和提高材料倍率性能的作用;3、以Co3(HCOO)6@rGO和Co3(HCOO)6材料为前驱体,在350℃下空气气氛中氧化分解制备rGO负载Co304复合材料Co304@rGO和Co304材料,对两种材料进行形貌和结构表征,并将它们作为锂离子电池负极材料测试两者的电池性能。研究结果表明,高比表面积的Co304@GO上的Co3O4颗粒分散性好,rGO能够抑制和缓冲Co304充放电过程中的体积膨胀并提高材料的导电性,改善转化反应的可逆性,从而使得Co3O4@rGO相比Co3O4具有更好的循环稳定性和倍率性能。
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