MOFs衍生Co3O4/C锂离子电池负极材料的制备及性能研究

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锂离子电池作为有效的储能系统备受重视。在锂电负极材料限制整体性能的现状下,利用具有新型多孔结构的有机金属框架材料(MOFs)衍生物作为锂电负极材料,表现出优异的储锂性能。通过溶剂热法和室温共沉淀法分别制备Co-MOF和ZIF-67前驱体,分别探究了原料摩尔比、热处理方式及温度对这两种MOFs衍生复合材料的影响。其中Co-MOF前驱体又通过复合氧化石墨烯(GO)和多壁碳纳米管(MWCNTs)来提升衍生复合材料的性能,ZIF-67合成中通过引入锌源化合物衍生出双金属氧化物复合材料。通过XRD、SEM、BET、循环伏安、恒流充放电测试等来表征以上电极材料的结构与电化学性能。在Co(NO3)2·6H2O和均苯三甲酸(C9H6O6)合成摩尔比为1:1制备出中空微米球状Co-MOF前驱体,在600℃氮气气氛下煅烧后在空气中热处理得到性能最优的Co3O4/C复合材料,因Co3O4嵌入适量碳基底及较大比表面积(34.8 m~2·g-1)使其倍率性能良好。在前驱体Co-MOF合成中复合GO衍生出Co3O4/C@RGO,因该材料具备较多的缺陷可提供更多的电化学活性位点,在电流密度100 m A·g-1下,100个循环后放电比容量稳定在326.1 m Ah·g-1。在Co-MOF合成中加入10 wt%复合量的MWCNTs衍生出Co3O4/C@MWCNTs,中空微米球与多壁碳纳米管连结增强分散性,并且使得材料具有力学稳定性和优良导电性,因有效增强电子及离子的传输速率并缓解了体积膨胀,在100 m A·g-1的电流密度,放电比容量在100次循环后保留有710 m Ah·g-1。在Co(NO3)2·6H2O和2-甲基咪唑(C4H6N2)合成摩尔比为1:4制备出ZIF-67前驱体,在700℃氮气气氛下煅烧后在空气中热处理得到的分层多孔Co3O4/Co O/C复合材料性能最佳。得益于较多的介孔结构和大比表面积(130.5 m~2·g-1)使其在100m A·g-1电流密度下,经过循环100圈后放电比容量仍保有528.8 m Ah·g-1。ZIF-67合成中引入锌源制得Zn/Co-ZIFs前驱体,衍生出Co3O4/Zn O/C其原位生成了大量的CNT,得益于丰富的碳纳米管结构导致的大比表面积(249.5 m~2·g-1)、良好的导电性、独特的电化学稳定性及双金属的协同作用,在电流密度500 m A·g-1下,经历500圈循环后放电比容量稳定于995.5 m Ah·g-1,容量保持率达到99%。图77幅;表11个;参78篇。
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