【摘 要】
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各种便携式移动电子设备,新能源汽车以及大规模储能技术的迅速发展,对于锂离子电池性能提出了更高的要求。目前商业化负极材料石墨的理论容量仅为372 mAhg-1,不能满足锂离子电池性能提升的进一步需求。过渡金属氧化物因其储量丰富、合成简单、成本低、理论容量高以及电化学稳定性高等优点有利于成为下一代锂离子电池材料。但其充放电过程中体积变化较大,电导率和锂离子扩散能力较差等缺点限制了其实际应用。为了解决上
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51571054, No51571046）；
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各种便携式移动电子设备,新能源汽车以及大规模储能技术的迅速发展,对于锂离子电池性能提出了更高的要求。目前商业化负极材料石墨的理论容量仅为372 mAhg-1,不能满足锂离子电池性能提升的进一步需求。过渡金属氧化物因其储量丰富、合成简单、成本低、理论容量高以及电化学稳定性高等优点有利于成为下一代锂离子电池材料。但其充放电过程中体积变化较大,电导率和锂离子扩散能力较差等缺点限制了其实际应用。为了解决上述缺点,本文对Co3O4和NiO进行气相改性,研究缺陷结构对锂离子存储性能的影响。具体内容如下:首先,采用水热法制备立方体Co3O4纳米粒子,通过Ar退火处理在避免其它相形成的同时,只改变氧空位浓度。电化学分析表明具有最佳氧空位浓度的Co3O4-250电极具有最优的电化学性能,在电流密度为0.1 A g-1时可逆容量达到904.2 mAh g-1。氧空位有利于提高Co3O4电极存储锂的性能,单纯氧空位含量与可逆容量之间存在正向相关的关系。在Ar处理的基础上,也对立方体Co3O4粒子进行了 H2/Ar气相改性的研究,结果证明改性后出现CoO/Co3O4界面结构,并且改性后样品性能发生明显变化,15-Co3O4电极在0.5 A g-1电流密度下150次循环后,可逆容量仍保持在883.4 mAh g-1,而AP-Co3O4的可逆容量为625.6 mAh g-1,证实这种方法可行性。其次,采用水热法与煅烧处理结合成功得到多孔Co3O4纳米片,并通过H2/Ar进行改性处理。改性后的样品形貌没有改变,产生Co3O4/CoO界面结构和氧空位。优化的样品Co3O4-30表现出优异的电化学性能,在0.5 A g-1电流密度下200周循环后具有891.5 mAh g-1的可逆容量,即使在5.0 A g-1的高电流密度下,也维持了250.0 mAh g-1的可逆容量。最后,采用简单水热和煅烧处理成功制备出NiO多孔纳米片,再进行H2/Ar气相改性处理。H2/Ar气相改性处理成功调控了 NiO多孔纳米片的氧空位浓度,随着还原时间增加,不断促进氧空位浓度增加。NiO-30样品电化学性能最优,在电流密度为0.1 A g-1下循环30周容量仍保持678.8 mAh g-1,进一步证实了氧空位对锂离子负极材料性能促进作用。
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