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纳米四氧化三钴的可控制备及其电化学性能研究

作　者: 吴丽君
导　师: 肖启振
学　校: 湘潭大学
专　业: 物理化学
关键词: Co3O4 纳米材料 银包覆 负极材料 锂离子电池
分类号: O614.812
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


立方尖晶石型Co3O4由于其易于制备、环境友好、成本低廉及相对较高的理论比容量(892mAh·g-1)等优点，被认为是一种很有潜力且具高安全性能的锂离子电池负极材料。但是由于Co3O4电极材料固有的低电传导性（具半导体性质）及脱嵌锂所引起的体积膨胀，导致在充放电过程中容量衰减较为明显，特别是其在大倍率下的循环稳定性能较差，因此其商业化过程任重而道远。近年来，直接生长在集流体上的过渡金属氧化物电极材料，越来越引起人们的重视。过渡金属氧化物直接生长在集流体上，避免了使用导电乙炔黑、粘结剂等电化学惰性辅助材料，活性材料与集流体间直接接触，得到了制作方法简单、电传导性高及较高比容量的电极材料。本文在镍网上负载了不同形貌的尖晶石型纳米Co3O4活性材料，对其进行包覆改性，并利用物理和化学方法分别表征了其形貌、晶体结构及电化学性能。主要研究工作如下：1.采用溶剂热-热分解法在镍网上合成了整齐排列的花状Co3O4纳米片负极材料。SEM和TEM测试结果表明：所得样品为孔径7nm的介孔纳米片围绕一个中心组成的纳米花状尖晶石型Co3O4。将其与同等条件下制备的溶液中Co3O4电极材料的电化学性能进行对比，测试结果表明：0.5C倍率下循环30次后，溶液中及负载于镍网上的花状Co3O4纳米材料的放电比容量分别为593.1mAh·g-1、883.3mAh·g-1，相对于第2次放电过程，容量保持率分别为55.9%、82.3%。负载于镍网上的花状Co3O4纳米材料电化学性能明显优于同等条件下制备的溶液中Co3O4电极材料。2.利用水热-热分解法在镍网上制备了高度均匀负载的Co3O4纳米片阵列。SEM和TEM等测试结果表明：所得样品为厚10nm、高3.2um、孔径6nm的尖晶石型Co3O4纳米片，纳米片之间相互交联形成了1.5um的微孔网络结构；且样品在0.5C倍率下经过30次循环后，其放电比容量保持在1000mAh·g-1。3.运用银镜反应对2中制备的纳米片状Co3O4电极材料进行Ag包覆改性，得到了Ag@Co3O4复合电极材料。本章详细地研究了银包覆对复合材料的形貌及电化学性能的影响，结果表明Ag包覆能够有效的改善材料的电化学性能。Ag@Co3O4纳米复合材料显示了优良的储锂容量和循环性能(40次循环后放电比容量仍>1100mAh·g-1)。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-20
  1.1 引言  9
  1.2 锂离子电池的概述  9-12
    1.2.1 锂离子电池发展史  9-10
    1.2.2 锂离子电池的的工作原理  10-11
    1.2.3 锂离子电池的特点及发展趋势  11-12
    1.2.4 锂离子模拟电池的构造  12
  1.3 锂离子电池负极材料的研究现状  12-15
    1.3.1 碳材料  13
    1.3.2 锂过渡金属氮化物材料  13-14
    1.3.3 过渡金属氧化物材料  14-15
  1.4 Co_3O_4的概述  15-18
    1.4.1 Co_3O_4电极材料的结构及电化学机理  15-16
    1.4.2 Co_3O_4的制备工艺及研究现状  16-18
  1.5 本课题的主要内容及研究意义  18-20
第2章 实验仪器及表征方法  20-23
  2.1 实验仪器  20
  2.2 物理性能测试方法  20-21
    2.2.1 X-射线衍射(XRD)  20
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  20-21
    2.2.3 透射电子显微镜(TEM)  21
  2.3 电化学性能的研究  21-23
    2.3.1 电池的组装  21
    2.3.2 循环伏安分析法(CV)  21
    2.3.3 恒流充放电测试  21-22
    2.3.4 交流阻抗法(EIS)  22-23
第3章 溶剂热-热分解法镍网上负载花状 Co_3O_4纳米片及其性能研究  23-33
  3.1 引言  23
  3.2 主要药品  23-24
  3.3 实验部分  24-25
    3.3.1 基底的预处理  24
    3.3.2 溶剂热-热分解过程  24
    3.3.3 材料表征和电化学性能测试  24-25
  3.4 结果与讨论  25-31
    3.4.1 物相分析  25-26
    3.4.2 形貌表征  26-27
    3.4.3 纳米花状 Co_3O_4的电化学性能测试  27-31
  3.5 本章小结  31-33
第4章 水热-热分解法镍网上负载 Co_3O_4纳米片阵列及其性能研究  33-41
  4.1 引言  33-34
  4.2 主要药品  34
  4.3 实验部分  34-35
    4.3.1 Co_3O_4的制备  34-35
    4.3.2 材料表征和电化学性能测试  35
  4.4 结果与讨论  35-40
    4.4.1 XRD 测试  35-36
    4.4.2 形貌表征  36-38
    4.4.3 Co_3O_4纳米片阵列的电化学性能测试  38-40
  4.5 本章小结  40-41
第5章 Ag@Co_3O_4复合材料的制备及其电化学性能研究  41-51
  5.1 引言  41
  5.2 主要药品  41-42
  5.3 实验部分  42-43
    5.3.1 镍网负载 Co_3O_4纳米片阵列  42
    5.3.2 Ag@Co_3O_4纳米片阵列的制备  42
    5.3.3 材料表征和电化学性能测试  42-43
  5.4 结果与讨论  43-49
    5.4.1 最优合成条件探索  43-46
    5.4.2 Ag@Co_3O_4电极的电化学性能  46-49
  5.5 本章小结  49-51
第6章 总结与展望  51-53
参考文献  53-59
致谢  59-60
个人简历  60-61
在学期间发表的学术论文与研究成果  61

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅷ族金属元素及其化合物 > 铁系金属元素 > 钴Co
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