锂离子电池负极材料(碳酸盐,钴酸盐,二硫化钼)的合成及电化学性能研究

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在本文中,我们研究了过渡金属碳酸盐(Zn1-xCoxCO3)、尖晶石型钴酸盐MCo2O4(M=Cu,Zn)和Sn掺杂MoS2(Sn/MoS2)等一系列锂离子电池负极材料,较深入地探索了这些材料的制备、改性以及电化学性能,具体内容如下:1、以ZnCl2,CoCl2和NH4HCO3为原料,分别采用一步溶剂热法和球磨-溶剂热联合法合成二元过渡金属碳酸盐Zn1-xCoxCO3(ZCCO)。其中详细探讨了反应温度对溶剂热法合成产物(Zn0.33Co0.67CO3)的晶体结构、形貌以及电化学性能的影响;掺Co以及Zn、Co元素比例(n Zn/Co)对球磨-溶剂热联合法合成产物(ZCCO)的晶体结构、形貌以及电化学性能的影响。与180℃条件下溶剂热反应合成产物(ZCCO-180)相比,在200℃条件下采用溶剂热反应得到的目标产物(ZCCO-200)具有较高的初始放电比容量(1530m Ah/g);以球磨-溶剂热联合法合成的产物(ZCCO)均具有较高的放电比容量和良好的循环性能,掺Co以及Zn、Co元素比例(n Zn/Co)对产物的晶体结构、形貌以及电化学性能有着极其重要的影响。当n Zn/Co为1时得到的产物Zn0.5Co0.5CO3有最大的首次放电比容量(1526 mAh/g),循环100次,该材料的放电比容量依然可以保持976 mAh/g。同时对不同条件合成产物的生长机理进行了探讨,此外我们还研究了该体系的电化学机理。2、分别采用球磨法和溶剂热法成功合成尖晶石型钴酸盐CuCo2O4前驱体,将前驱体在一定温度下煅烧处理得到目标产物CuCo2O4(CCO)。探究了不同合成方法对合成产物的晶体结构、形貌以及电化学性能的影响。结果发现:由两种方法合成的前驱体制备的CuCo2O4均具有良好的电化学性能,其中以溶剂热法合成的前驱体制备的目标产物(S-CCO)性能更佳。在0.013.0 V充放电电压范围内,电流密度为100 mA/g时,三维微米球结构的S-CCO有很好的储锂性能:放电比容量高,样品的首圈放电比容量为1230 m Ah/g;循环性能良好,循环100次后放电比容量保持在635 mAh/g。实验结果表明尖晶石型钴酸盐CuCo2O4是有潜力的负极材料。以前面一步溶剂热法合成的Zn0.33Co0.67CO3为前驱体,在一定温度下煅烧处理得到目标产物ZnCo2O4(ZCO)。实验对比研究了不同前躯体(ZCCO-180和ZCCO-200)制备的ZCO产物(ZCO-180和ZCO-200)在晶体结构、形貌以及电化学性能等方面的差异。结果表明:与180℃条件下溶剂热反应得到前驱体(ZCCO-180)制备的目标产物(ZCO-180)相比,在200℃条件下采用溶剂热反应得到前驱体(ZCCO-200)制备的目标产物(ZCO-200)电化学性能更好。ZCCO-200的首圈放电比容量有1416 mAh/g,循环70次后,可逆比容量还可以保持在741 m Ah/g。同时对其充放电机理作了简要的分析。尖晶石型钴酸盐ZnCo2O4也是一种有潜质的负极材料。3、以(NH46Mo7O24·4H2O和SnCl2·2H2O为原料,采用溶剂热法得到SnO2-MoO3前驱体,将其在一定温度下热解得到SnO2-MoO3复合物;再以该复合物为锡源和钼源,硫代乙酰胺作为硫源,进一步采用溶剂热法得到Sn掺杂MoS2(Sn/MoS2)复合物的前驱体,将该前躯体在Ar-H2混合气氛中经煅烧得到目标产物Sn/MoS2复合物。实验探究了Sn掺杂以及掺Sn量对合成产物的晶体结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明:与MoS2相比,Sn/MoS2复合物循环100次后,比容量均能保持在1000 mAh/g以上。通过对体系进行循环伏安和交流阻抗测试,证实Sn掺杂能很好地改善MoS2的导电性,并对其具有的独特电化学性能进行了理论解释。Sn/MoS2复合物是有潜力的锂离子电池负极材料。
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