超細四氧化三鈷的合成與電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池是新一代高能二次電池。它具有工作電壓高，容量高，壽命長和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點。因此，自1991年投入市場以來，其生產(chǎn)規(guī)模在飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴展。
　　 超細Co3O4材料是目前工業(yè)上生產(chǎn)鋰離子電池正極材料LiCoO2最重要的鈷源，它的純度、顆粒形貌、粒度分布等性質(zhì)，直接關(guān)系到制得LiCoO2的相關(guān)性能。因此，選用簡單易行的方法合成形貌規(guī)整、顆粒均一性好的超細Co3O4材料，對于工業(yè)上生產(chǎn)低成本、顆粒均勻、性能更優(yōu)的

2、LiCoO2材料有重要的價值；此外，納米級Co3O4作為鋰離子電池負極材料得到了較多的研究，證明納米Co3O4負極材料具有良好的電化學(xué)性能，但是對于微米級超細Co3O4材料用作鋰離子電池負極材料的研究比較少。因此，對合成的微米級超細Co3O4負極材料進行電化學(xué)性能測試，研究微米尺度Co3O4 負極材料的電化學(xué)性能，則有一定的研究價值?；谏鲜瞿繕?biāo)，本論文主要從以下方面開展了研究工作。
　　 一、液相沉淀法具有簡單易行、成本低、產(chǎn)

3、率高等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用于無機材料的制備。同時它也存在反應(yīng)物混合不均勻，反應(yīng)速率不易控制，產(chǎn)物粒徑分布寬，分散性較差等缺點。因此，采用氨水作為絡(luò)合劑控制沉淀的生成速率，引入表面活性劑改善沉淀顆粒表面情況控制粒子的形貌和大小，制備了形貌規(guī)整、粒徑均勻、振實密度高的超細Co3O4材料。詳細考察了沉淀劑種類、沉淀pH值、煅燒溫度、不同表面活性劑等實驗條件對產(chǎn)物形貌和性能的影響。通過草酸鹽沉淀法，引入表面活性劑聚乙二醇（PEG1000

4、0），制備出5μm左右的玉米棒狀Co3O4材料，用作鋰離子電池負極材料，表現(xiàn)出高達896.8 mAh/g首次可逆容量，和較好的容量保持能力，遠高于文獻報道的微米級Co3O4負極材料。通過碳酸鹽沉淀法，引入聚乙烯醇為分散劑，制備了類球形超細Co3O4材料，與三種工業(yè)產(chǎn)品進行比較，其振實密度、顆粒的均勻度、分散性、表面形貌等性能已經(jīng)達到或超過了這些產(chǎn)品。經(jīng)過進一步的工藝優(yōu)化有希望實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，為生產(chǎn)具有類球形形貌、顆粒均勻的LiCoO2材

5、料提供鈷源。進一步對合成的材料進行了電化學(xué)測試，結(jié)果表明大顆粒的微米級Co3O4負極材料的首次可逆容量僅有621.8 mAh/g左右，衰減快，并且大電流充放電性能很差，在1 C的電流下基本上沒有容量。
　　 二、溶膠-凝膠法具有產(chǎn)物粒子小、比表面積大以及合成溫度低等優(yōu)點，被廣泛用于制備各種鋰離子電池正負極材料。在第四章的工作中，我們首次采用P123作為溶膠-凝膠的有機載體，制備了具有多面體形貌的Co3O4材料。對其電化學(xué)性能進行