纳米结构含锌复合金属氧化物的形貌尺寸调控及储锂性能研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ffgooo208w
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
含锌复合金属氧化物拥有比容量高、可设计性强、优化手段多样等一系列优点,被认为是极具前景的新一代锂离子电池负极材料。然而较低的电导率和较差的循环稳定性严重限制了含锌复合金属氧化物的实际应用。此外,含锌复合金属氧化物中涉及到多种金属元素、多相氧化物之间的相互作用,存在大量潜在变量。氧化物尺寸、形貌、成分、界面结合、分散性、离子价态及晶体结构都会显著影响复合材料的电化学性能。目前仍缺乏准确的模型来科学地预测这些变量对含锌复合金属氧化物电化学性能的具体影响程度,导致设计电极时存在较大的盲目性。针对以上问题,本文基于形貌尺寸调控思路,兼顾成分设计,对含锌复合金属氧化物的缺点进行优化改性。并总结相关改性规律,为高性能含锌复合金属氧化物负极材料的可控制备提供借鉴。论文主要研究结果如下:(1)首次使用酒石酸钾钠作为络合剂,通过混合溶剂热法制备出介孔纳米环结构ZnO/ZnCo2O4/Co3O4复合金属氧化物。研究了络合剂加入量对复合金属氧化物形貌的影响,发现介孔纳米环结构的形成严格受控于络合剂含量,当酒石酸钾钠加入量控制在2 mmol时才能获得均匀分散且结构完整的纳米环结构,络合剂含量过高或过低都会造成氧化物颗粒严重团聚;对比不同形貌ZnO/ZnCo2O4/Co3O4复合氧化物的储锂性能,证明介孔纳米环结构ZnO/ZnCo2O4/Co3O4性能最佳,在500 mA g-1电流密度下循环200圈,复合电极比容量仍高达1102 mAh g-1;该电极材料合成工艺简单易行,适合大规模生产,并且酒石酸钾钠特殊的络合属性还可以被延伸应用于其他金属氧化物负极材料的制备。(2)研究了NiMoO4和ZnMoO4颗粒尺寸和含量对ZnMoO4-NiMoO4复合金属氧化物电化学性能的影响。发现纳米NiMoO4和亚微米ZnMoO4颗粒分别有助于提高电极的倍率性能和循环稳定性;两种颗粒的数量受控于Zn/Ni比例,当Zn/Ni添加比例为3时,复合电极的储锂能力最高,在500 mA g-1电流密度下循环200圈后比容量仍能保持621 mAh g-1。(3)设计并制备了ZnO-NiO-Co3O4复合纳米片,研究了纳米片形貌、尺寸、成分对储锂性能的影响。形貌方面,ZnO-NiO-Co3O4具有新颖二维纳米片结构,均匀分散的纳米片可以保证电解液的渗透并为化学反应提供更大的比表面积;尺寸方面,紧密连接的ZnO和NiO小粒子可以相互弥补对方尺寸上的劣势,尺寸更小的NiO能够帮助ZnO缓解因体积膨胀而产生的内部应力,尺寸较大、分散性更好的ZnO能有效减轻NiO纳米粒子团聚对电极性能产生的负面影响;成分方面,调控Zn/Ni比例可以优化复合电极性能,获得的最优化Zn/Ni比例为3,此外,少量Co3O4作为“性能增强剂”能够进一步降低复合氧化物的电荷转移电阻,提高倍率性能;在形貌、尺寸、成分的协同作用下,ZnO-NiO-Co3O4复合纳米片表现出非常优异的储锂性能。(4)使用L-半胱氨酸同时作为硫源和还原剂,通过一步反应法在还原氧化石墨烯(rGO)表面原位生长ZnS纳米小颗粒。发现引入rGO能显著改善ZnS纳米颗粒的分散性并提高电极材料的比表面积;首次使用羧甲基纤维素钠(CMC)作为ZnS负极材料的粘结剂,取得了良好的改性效果;对比了CMC和聚偏氟乙烯(PVDF)的粘结性能,CMC粘结的复合电极在容量保持率、循环稳定性和倍率性能上都具有明显优势;分析了CMC作为ZnS粘结剂的独特优势:CMC可以为ZnS纳米颗粒提供良好的三维包覆作用,有效减少ZnS因体积膨胀而造成的容量损失,进而提高其容量保持率,此外,还发现CMC的使用能进一步减小电极的电荷转移电阻,提升ZnS在大电流下的充放电性能;含锌硫化物的研究工作是对含锌氧化物研究的拓展和延伸,通过将含锌氧化物电极设计和优化的相关经验应用于含锌硫化物中,有望开发出更多具有优异性能的新型负极材料。
其他文献
新课程改革的实施,完全颠覆了以往教学中教师为主体的教学形态,将学习的主动权交还到学生手里,在教学内容、目标和观念等多个方面都进行了革新。就高中语文教育学如何在新课
板带热连轧过程中,带钢的温度是直接影响轧机负荷合理分配,最终产品尺寸精度及组织性能的重要因素之一。在整个轧制线上准确预报板带钢在不同位置上的温度变化,是有效提高最终产
随着国家大力推广制造业信息化,数值模拟技术已经越来越广地应用到社会的各个行业,并已经为社会创造了巨大的经济效益。相信在今后它会更加广泛地得到应用。 本文首先介绍了
李某某案一出即引起社会舆论的广泛关注和媒体的跟踪报道,该案引发的社会影响非同一般。当案件审理落幕后,我们不得不对该案及其引发的舆论关注进行深入的理性反思,社会舆论
<正>一、我国煤炭行业上市公司盈余管理现状由表1可见,2005年~2008年煤炭行业的利润呈持续上升状态,但是2009年出现小幅度下滑。短期来看,2009年11月以来的煤炭市场供求偏紧局
城市生活垃圾已经成为全球性的环境问题。热处理法因为具有减量化、无害化和资源化方面的优势,在发达国家被广泛应用。随着社会和经济的发展,热处理法逐渐成为我国城市生活垃圾
随着星载交换技术的发展,人们对星载交换机的交换容量、平台标准化水平的要求不断提高。RapidIO具有高带宽、低延时、高可靠性的优点,可以满足芯片间和板间的通信需求。因此,
作者以我国上海证券交易所2003年521家上市公司为样本,研究了企业社会责任活动与企业价值的相关性问题。结果表明,从当期看,承担社会责任越多的企业,企业价值越低;但从长期看
城市竞争力是城市产业创造价值的综合能力。提高城市竞争力必须清楚影响城市竞争力的关键因素。本文提出城市竞争力与基础设施竞争力关系的假说后 ,选取中国部分城市的样本指