本文關(guān)鍵詞：鈷鐵氧化物納米復(fù)合材料的制備及在（柔性）鋰離子電池負(fù)極材料上的應(yīng)用

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【摘要】：鋰離子電池因具有高能量密度,小體積,輕質(zhì)量,長循環(huán)壽命,無記憶效應(yīng)和對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn),是不可多得的綠色環(huán)保二次電池。電極材料(正極材料和負(fù)極材料)是構(gòu)成鋰離子電池的重要組成部分。過渡金屬氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料也被廣泛研究,與一般的石墨負(fù)極材料相比,這些過渡金屬氧化物通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而具有許多優(yōu)點(diǎn),如較高的電容量,廣泛的應(yīng)用性,較好的穩(wěn)定性和對(duì)環(huán)境無害等。在這些材料中,鈷、鐵氧化物因?yàn)榫哂懈呷萘俊⒌统杀竞妥匀淮鎯?chǔ)豐富這些特點(diǎn)而備受關(guān)注。然而,鈷鐵氧化物的導(dǎo)電性較差,在循環(huán)過程中存在粉末化的現(xiàn)象,這些容易造成負(fù)極材料和集流體的脫離,從而導(dǎo)致鋰離子電池容量衰減較快。因此,通過制備具有不同形貌特征的納米材料、設(shè)計(jì)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和用導(dǎo)電材料包覆等方法來提高鉆鐵氧化物的電化學(xué)性能,是研究鋰離子電池的熱點(diǎn)之一。作為新一代光電設(shè)備技術(shù)的柔性電子設(shè)備技術(shù)是一項(xiàng)新興的、有潛力的技術(shù),不同的新型電子設(shè)備,比如可卷曲設(shè)備,智能電子設(shè)備和可穿戴設(shè)備,都受到了廣泛的研究關(guān)注。由于其對(duì)高能量密度的要求,而柔性鋰離子電池能夠有效的滿足這個(gè)要求。柔性鋰離子電極通常是無粘接劑、無導(dǎo)電劑,由不同的功能有機(jī)和(或)無機(jī)材料生長在柔性導(dǎo)電基底上組成。為了實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的柔性要求,碳基或其他膜基等不同的柔性鋰離子電池電極材料已被廣泛研究。比如,以碳納米管、石墨烯、碳布、導(dǎo)電膜、紡織品、低維納米結(jié)構(gòu)的材料為基底的電極材料已被報(bào)道。碳布作為一種新型基底,和其他材料相比具有很多優(yōu)點(diǎn),包括成本低,導(dǎo)電性好,強(qiáng)度高,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)異以及耐腐蝕能力強(qiáng),因此,碳布在不加粘接劑和導(dǎo)電劑的條件下,用作作輕質(zhì)、柔性的集流體,且可應(yīng)用于柔性鋰離子電池的負(fù)極材料。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：1.用溫和的超聲輔助水熱法制備了碳包覆Fe304量子點(diǎn)石墨烯復(fù)合材料。SEM和TEM表征證明了碳包覆的Fe304納米粒子的直徑在7nm左右并均勻的分散在石墨烯納米片上。該復(fù)合材料重的碳層能有效的減少Fe304納米粒子的團(tuán)聚,并且能夠有效的緩解其體積膨脹,大大提高了Fe304納米粒子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外,該復(fù)合材料的石墨烯納米片為鋰離子和電子的傳輸提供了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鋰離子在嵌入與脫嵌過程中,電極材料的結(jié)構(gòu)完整性提供了保證。用其作為鋰離子電池的負(fù)極材料,表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能和倍率性能,這種復(fù)合材料的首次放電容量為1300 mAh g-1,在150mA g-1的電流密度下循環(huán)100圈之后其容量保持在940 mAh g-1。2.通過水熱法將三維CoO納米線陣列直接生長在柔性碳布基底上,并研究其作為無粘接劑柔性鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。多孔CoO納米線陣列為電化學(xué)鋰化過程中產(chǎn)生的體積變化提供了緩沖空間,因?yàn)榧{米線結(jié)構(gòu)增大了材料的比表面積。這種直接在導(dǎo)電基底上生長3D分級(jí)納米結(jié)構(gòu)材料的方法具備很多優(yōu)點(diǎn),例如：較短的傳輸途徑,較小的應(yīng)力變化和快速的離子傳輸。因此,將CoO納米線復(fù)合材料作為鋰離子負(fù)極材料研究其電化學(xué)性能,表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。當(dāng)電流密度為100 mA g-1時(shí),首次的放電容量達(dá)到了1730 mAh g-1,循環(huán)90圈后容量仍保持在1300 mAhg-1左右。CoO納米線／碳布電極材料顯示出了較強(qiáng)的柔性和較高的面積容量((1.95 mAh cm-2),這些優(yōu)點(diǎn)使它在柔性鋰離子電池負(fù)極材料具有較大的應(yīng)用潛能。3.通過水熱法直接將三維CoFe2O4納米線陣列生長在柔性碳布基底上。將其作為無粘接劑和導(dǎo)電添加劑的柔性鋰離子電池的負(fù)極材料,并研究其電化學(xué)性能。材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能都較好,尤其是,該復(fù)合材料在大倍率充放電條件下仍具有優(yōu)異的循環(huán)性能。當(dāng)電流密度為500 mA g-1時(shí),初始放電容量為1204 mAh g-1,在循環(huán)200次之后,其容量仍保持在500 mAh g-1左右。CoFe2O4納米線／碳布的高容量,杰出的倍率性能和穩(wěn)定性,可歸因于分層等級(jí)結(jié)構(gòu)的多孔CoFe2O4納米線生長在碳布基底上,這種特殊結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn),比如較短的離子傳輸路徑,較好的應(yīng)變松弛能力,較快的電子傳輸。此外,CoFe2O4納米線／碳布電極材料具有高柔性和高面積容量(2.408 mAh cm-2),使其能應(yīng)用于柔性鋰離子電池負(fù)極材料。
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912;TB33

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本文編號(hào)：1184150