鈷氧化物_碳復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究

鈷氧化物_碳復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究

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1、論文分類號:1學(xué)校代碼:10708學(xué)號:1502048龜?shù)<即螅妫崳姡樱龋粒粒危兀桑牐眨危桑郑牛遥樱桑裕伲牐眩疲牐樱茫桑牛危茫牛Γ裕牛茫龋危希蹋希牵郑崳姶T士學(xué)位論文’ThesisforMastersDegree鈷氧化物/碳復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究康倩指導(dǎo)教師姓名:曹麗云教授.學(xué)科名稱.:材料學(xué)論文提交日期:2018年3月論文答辯日期:2018年5月學(xué)位授予單位:陜西科技大學(xué)申請工學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目:鈷氧化物/碳復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性

2、能研究學(xué)科門類:工學(xué)一級學(xué)科:材料科學(xué)與工程培養(yǎng)單位:材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生:康倩導(dǎo)師:曹麗云教授2018年5月IPreparationandElectrochemicalPerformanceofCobaltOxides/CarbonCompositesAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineer

3、ingScienceByQianKangSupervisor:Prof.LiyunCaoMay2018II鈷氧化物/碳復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究摘要過渡金屬氧化物中CoO和Co3O4由于具有高的理論容量,來源廣泛,易于制備等優(yōu)點,被認(rèn)為是非常具有發(fā)展?jié)摿Φ呢?fù)極材料。但由于CoO和Co3O4導(dǎo)電性較差,以及它們嚴(yán)重的體積膨脹效應(yīng)容易導(dǎo)致材料粉化而造成容量的衰減,使得它們的應(yīng)用受到限制。通常解決這類問題的方法主要有材料的納米化、摻雜、與碳類物質(zhì)復(fù)合等,其中與碳類物質(zhì)復(fù)合是較為常用且高效的方法。本論文采

4、用三種不同的碳源通過水熱-熱處理,溶劑熱-熱處理和浸漬-熱處理的方法與鈷氧化物進(jìn)行復(fù)合,得到不同形貌結(jié)構(gòu)以及物相的鈷氧化物/碳復(fù)合物,研究了結(jié)構(gòu),組成與性能之間的關(guān)系。(1)以SuperP為碳源,利用水熱-熱處理法制備出CoO/SuperP復(fù)合物,SuperP不僅能有效減小CoO的顆粒尺寸,而且可以提升CoO的電-1化學(xué)性能。CoO/SuperP復(fù)合物電極在0.1Ag下循環(huán)容量可達(dá)1020mAh-1g。較高的可逆容量可以歸因于在脫鋰過程中,SuperP能有效促進(jìn)Co的電子轉(zhuǎn)移,加速電化學(xué)反應(yīng)速率,進(jìn)而

5、使得Co和Li2O在脫鋰過程結(jié)束后能完全地轉(zhuǎn)化為CoO,減少了活性物質(zhì)的損失,最終使容量和倍率性能得到提升。為了進(jìn)一步改性材料的結(jié)構(gòu),將SuperP活化并用乙醇溶液作為溶劑,通過改變?nèi)軇┲幸掖寂c水的體積比可以控制產(chǎn)物的形貌,當(dāng)乙醇與水的體積比為3:4時,產(chǎn)物CoO/SuperP中CoO的同時具有多孔棒、多孔-1片和多孔塊狀三種結(jié)構(gòu),循環(huán)30圈后容量可達(dá)1466mAhg,100圈后容-1量穩(wěn)定在794mAhg。多孔棒、多孔片和多孔塊狀三種具有不同維數(shù)的結(jié)構(gòu)以及與SuperP之間的協(xié)同作用共同促進(jìn)了電極電

6、化學(xué)性能的提升。(2)利用溶劑熱-熱處理法制備出CoO/石墨烯復(fù)合物,通過改變?nèi)軇┲杏退岬馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)可以控制產(chǎn)物中CoO的自組裝結(jié)構(gòu)以及和石墨烯的復(fù)合狀態(tài)。改變熱處理溫度可以有效改變產(chǎn)物的物相組成,當(dāng)油酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6%,熱處理溫度為500?C時,產(chǎn)物為Co3O4/CoO/Co/石墨烯復(fù)合-1物,具有三維多孔結(jié)構(gòu),其循環(huán)100圈后放電容量為1209mAhg,容量保持率高達(dá)98.2%。金屬Co和石墨烯的存在提高了材料的導(dǎo)電性,加速III了電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,減少了Li2O的殘留,保持了材料充放電過程中的

7、可逆性,Co3O4與CoO的存在提高了電極的容量,四者共同的協(xié)同作用提升了電極的電化學(xué)性能。(3)以地軟作為生物質(zhì)碳源,硝酸鈷對其吸附作用最為明顯,使得產(chǎn)物Co3O4/C中Co3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)76.4%,且由于地軟自身的結(jié)構(gòu)使得Co3O4顆粒表面包覆了一層石墨化的碳環(huán)。當(dāng)碳化溫度為1000?C,活化時間為2h時,產(chǎn)物中碳基體呈現(xiàn)三維孔洞結(jié)構(gòu),碳包覆Co3O4顆粒負(fù)-1載在其上。100圈內(nèi)容量穩(wěn)定在1072mAhg,容量保持率為93.1%,在2-1-1Ag電流密度下的容量為866mAhg。關(guān)鍵詞:鋰

8、離子電池,CoO,Co3O4,SuperP,石墨烯,生物質(zhì)碳源IVPreparationandElectrochemicalPerformanceofCobaltOxides/CarbonCompositesABSTRACTAmongtransitionmetaloxides,CoOandCo3O4areconsideredtobepromisinganodematerialsduetotheirhightheoreticalcapacity,wides

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