Co₃O₄作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較高的理論比容量(890 mAh g^-1)。但在循環(huán)時,存在較大的體積效應(yīng)和導(dǎo)電性差。通常可以通過控制形貌、納米化和碳材料復(fù)合等方法減少體積效應(yīng)和增加導(dǎo)電性。本文通過溶液燃燒法和水熱法合成特殊形貌的Co₃O₄來抑制體積效應(yīng),提高活性物質(zhì)與電解液的接觸。以離子液體作為碳源對于制備的特殊形貌Co₃O₄進行碳包覆,來進一步提高導(dǎo)電性,并研究了碳復(fù)合和形貌控制對電化學(xué)性能的影響。具體內(nèi)容如下:（1）采用混合燃料溶液燃燒法（SCS）合成了介孔Co₃O₄/C復(fù)合材料。在燃燒反應(yīng)過程中,隨著氣體的釋放和Co₃O₄顆粒的生長,殘留的碳和Co₃O₄形成了多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以顯著的提高Co₃O₄/C復(fù)合材料的倍率性能。在200次循環(huán)后,Co

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池充放電原理示意圖[15]

Co3O4/C復(fù)合材料制備及其電化學(xué)性能研究4Li1-xCoO2材料中Co4+被氧化為Co3+，并與Li+結(jié)合形成LiCoO2。電極反應(yīng)的表達式為：正極反應(yīng):LiCoOLiCoOxLixe(1.1)負(fù)極反應(yīng):CxLixeLiC(1.2)總反應(yīng):LiCoOCLiCoOLiC(1.3)圖1.1鋰離子電池充放電原理示意圖[15]1.2.3鋰離子電池的優(yōu)缺點圖1.2各類電池體積、質(zhì)量能量密度對比圖[1]鋰離子電池作為當(dāng)前發(fā)展和應(yīng)用最廣泛的化學(xué)電池，在商業(yè)和科學(xué)研究中都受到了很高的重視。相較于傳統(tǒng)的鉛酸、鎳-氫、鎳-鉻電池，鋰離子電池具有明顯的優(yōu)點[16]：

Co3O4/C復(fù)合材料制備及其電化學(xué)性能研究10圖1.4碳包覆Li4Ti5O12納米多孔微球的合成策略[38]a）和循環(huán)性能b）1.3.3合金類材料合金類負(fù)極材料通常有Si、Sn、Ge、Zn以及相應(yīng)的氧化物，具有非常高的可逆比容量，從783mAhg-1到4200mAhg-1[39-41]。主要是通過金屬或氧化物與鋰離子合金化形成LixM。合金類材料儲鋰反應(yīng)機理如下：MO2yLi2yexMyLiO（1.6）MzLizeLiM（1.7）按照上式進行充放電反應(yīng)，鋰離子的嵌入和脫出是通過合金化和去合金化過程實現(xiàn)的，可以儲存和釋放大量的鋰離子。（1）硅基材料硅在地球中的儲量豐富，地球中28%的元素是由硅構(gòu)成。地殼中的硅主要以氧化硅形式存在。通常，硅分為晶體硅和無定形硅兩種形式存在。作為負(fù)極材料，無定形硅有著非常優(yōu)異的電化學(xué)性能，通過合金化反應(yīng)，和鋰離子生成Li12Si7、Li7Si3、Li13Si14和Li22Si15，可以得到很高可逆比容量。硅材料具有超高的理論比容量，形成Li22Si15理論比容量達到4200mAhg-1[42]。在這個過程中體積膨脹達到400%，巨大的體積效應(yīng)造成了容量的衰減以及循環(huán)性能的下降[43]。另外，硅負(fù)極放電平臺較低（0.4V），與正極材料配合可以提供較高的輸出電壓，電壓平臺高于鋰金屬，不容易形成鋰枝晶[44,45]。此外，SiO2負(fù)極材料作為合金類的負(fù)極材料研究廣泛，反應(yīng)機理如式（1.6）、（1.7）所示，SiO2會先還原成金屬，然后發(fā)生合金反應(yīng)，其理論比容量為1600mAhg-1[46]。合金材料雖然具有非常高的比容量，但普遍導(dǎo)電性較差，而且在充放電過程中伴隨著巨大的體積效應(yīng)，容量衰減嚴(yán)重。常見的改性辦法主要是納米化、合金化、與碳材料復(fù)合等[47-50]。通過納米化和碳包覆提高導(dǎo)電性的同時抑制體積效應(yīng)，從而提高硅負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。Cui[50]等合成出類

【參考文獻】：
博士論文
[1]Co3O4基納米線作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D]. 占亮.華南理工大學(xué) 2016

碩士論文
[1]基于石墨烯的高功率鋰離子電池負(fù)極材料制備及性能研究[D]. 陳學(xué)成.天津大學(xué) 2012



本文編號：2937274