论文部分内容阅读
锂离子电池因其具有可逆容量大、循环寿命长等优点，在光电、信息、交通、国防军事等领域获得了广泛的应用。当前碳负极材料存在比容量低(理论比容量372mAh g-1)等问题，使得高能量锂离子电池的发展受到了局限。四氧化三钴(Co3O4)具有较高的理论比容量(890mAh g-1)，是当前碳负极材料比容量的两倍多，成为国内外科研工作者研究的热点。由于Co3O4在嵌脱锂过程中存在较大的体积变化，容易造成电极材料粉化，从而导致循环性能下降。本论文通过一步水热法合成了四氧化三钴纳米复合材料，通过多种方式进行复合改性（包括碳、金属氧化物和泡沫镍），并采用XRD、SEM、TEM、BET等手段进行表征及测试分析。得到以下结果: (1)本实验中我们分别以生物质碳，PVA和葡萄糖作为碳源，通过水热合成法反应，然后在惰性气体保护下经由高温碳化制备了几种不同形貌Co3O4/C复合材料。结果表明以葡萄糖作为碳源材料制备的Co3O4/C复合材料表现出均匀的球型结构。EDS结果表明所制备的Co3O4/C复合材料中含有重量百分比为32.0％的C元素，30.8％的O元素和37.2％的Co元素。将所制各的Co3O4/C复合材料用于锂离子电池负极电池中，其中，以葡萄糖作为碳源制备的Co3O4/C复合材料电极表现出较好的循环性能，经过100个循环后，容量保持在614.5mAh g-1，具有一定的应用前景。 (2)通过水热合成法制备了一种片层相交呈球状结构的Co3O4/CuO/C复合物材料。通过SEM表征，发现Co3O4/CuO/C复合物之间是以片层相交的结构相辅相成，而呈现规则的球状，层与层之间的孔隙也能为体积变化提供缓冲空间。所制备的Co3O4/CuO/C复合材料具有较好的循环性能，循环100周后仍能保持698mAhg-1的可逆容量，容量保持率为首次的55％，为第二次循环的75％。 (3)通过一步水热法在泡沫镍基体上合成了两种不同形貌的四氧化三钴纳米复合材料。结果发现以泡沫镍为基体得到的四氧化三钴纳米片材料(Co3O4-NFs)具有更好的的循环性能和倍率性能，循环100周以后还能保持1300mAhg-1，在电流密度高达2.0Ag-1时，材料的可逆容量仍保持在447mAhg-1，再把电流密度降回到0.4Ag-1时，可逆容量回到986mA hg-1。该复合材料优异的性能在一些其他应用中也将具有很大的潜力。