论文部分内容阅读
锌基双过渡金属氧化物具有理论比容量高、价格低廉和环境友好等特点,是一种潜在的、极具应用前景的锂离子电池负极材料。与单一的金属氧化物相比,锌基双过渡金属氧化物具有更高的电化学活性。然而锌基双过渡金属氧化物存在充放电过程中体积变化大、易粉化脱落等问题,这严重阻碍了它在锂离子电池中的实际应用。针对以上问题,本文分别以钴酸锌(ZnCo2O4)和铁酸锌(ZnFe2O4)为研究对象,提出如下解决方案:(1)设计具有多孔结构的特殊形貌钴酸锌;(2)由金属有机框架制备梭状铁酸锌与碳复合材料。(1)多孔结构的特殊形貌钴酸锌材料。利用水热法制备Zn1/3Co2/3CO3前驱体,所得前驱体经高温煅烧后,得到20μm斜六面体ZnCo2O4材料,扫描电镜显示煅烧产物保留了与前驱体的类似形貌。但与前驱体的平滑表面不同的是,所得ZnCo2O4材料具有多孔结构。电化学性能测试结果显示,在0.1 C电流密度下,多孔斜六面体ZnCo2O4材料的首圈放电比容量和充电比容量分别为1184 mAh g-1和908 mAh g-1。经历100圈充放电循环后,其可逆容量能保持在860 mAh g-1。这表明多孔斜六面体ZnCo2O4材料具有比较优越的电化学性能。(2)梭状铁酸锌与碳复合材料。采用金属有机框架(MOF)模板法制备ZnFe2O4@C纳米复合材料。由扫描电镜结果可知,所制备的复合材料具有300 nm左右的梭状结构,这种ZnFe2O4@C纳米复合材料主要由10-20 nm的二级小颗粒以及碳层的骨架组成,其中碳含量为28%。电化学性能测试结果表明,在电流密度1 C下,该材料首圈可逆容量为808 mAh g-1,经400圈充放循环后,仍有630 mAh g-1可逆容量。在6.4 C电流密度下,可逆容量仍有380 mAh g-1。此外,这材料具有较高的循环稳定性。这充分表明这种材料在锂离子电池中具有较高的潜在应用。