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钴氧化物复合微纳米结构材料的构筑及锂离子电池组装

钴氧化物复合微纳米结构材料的构筑及锂离子电池组装

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作者：王鹤长春理工大学

学位级别：硕士

锂离子电池因其自放电率低、能量密度高、重量轻等特点,已经广泛应用于人类生活的多种设备中。然而,商业化石墨负极材料的理论容量低,在一定程度上阻碍了锂离子电池的进一步发展。钴氧化物具有能量密度高、环境友好、成本低等优点,是一... 详细信息

锂离子电池因其自放电率低、能量密度高、重量轻等特点,已经广泛应用于人类生活的多种设备中。然而,商业化石墨负极材料的理论容量低,在一定程度上阻碍了锂离子电池的进一步发展。钴氧化物具有能量密度高、环境友好、成本低等优点,是一类替代石墨的理想负极材料。然而,钴氧化物在充放电过程中体积变化较大且导电性较差,限制了其商业化的开发应用。已有研究表明,通过合理控制材料形貌以及构筑复合材料,能够有效地改善上述缺陷。金属-有机骨架化合物(MOFs)具有较大的比表面积、可控的孔径结构和组成等特点,被视为制备金属氧化物及其复合材料的理想模板。基于此,本论文中采用MOFs为模板,经过后续合理地热处理,构筑了以下四种钴基氧化物材料,并对其结构和电化学性能进行了探究。采用静电纺丝技术和原位生长法相结合,制备了PAN/ZIF-67复合纳米纤维,经过后续多步的热处理得到了分级多孔CNFs/CoO复合纳米纤维。将该复合材料作为锂离子电池负极材料时,在0.2 A g和2 A g的电流密度下,充放电循环500次后,仍具有1352 mAh g和661 mAh g的放电比容量,并表现出优异的循环稳定性。采用水热法和原位生长法相结合,以铜箔为基底生长Co(OH)CO@ZIF-67前驱体,随后经过热处理得到了以铜箔为基底生长多孔CoO整体电极。将该整体电极直接用于锂离子电池负极材料时,在0.1 A g的电流密度下,充放电循环100次后,仍具有2327 mAh g的高放电比容量,并表现出良好的倍率性能。采用水热法和原位生长法相结合,以泡沫铜基底生长Co(OH)CO/ZIF-67前驱体。经过热处理后,得到以泡沫铜为基底生长多孔铃兰花状CoO/CuO复合物的整体电极。该整体电极直接用于锂离子电池负极材料时,在0.1 A g的电流密度下,充放电循环100次后,具有1057 mAh g的放电比容量,并表现出良好的循环稳定性。采用静电纺丝技术和原位生长法相结合,制备了PAN/Zn-Co-ZIFs复合纳米纤维,经过后续多步的热处理得到了CNFs/ZnCoO复合纳米纤维。将该复合材料作为锂离子电池负极材料时,在0.1 A g的电流密度下,充放电循环500次后,仍具有641 mAh g的放电比容量。而且在1 A g的电流密度下,仍具有385 mAh g的放电比容量,表现出较好的倍率性能。

关键词：锂离子电池钴氧化物分级多孔复合纤维整体电极负极材料电化学性能

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