多殼層空心球NiO的制備及其在儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用.pdf

1、氧化鎳（NiO）具有較高理論容量718mAhg-1，約為石墨碳的1.9倍和較高的體積能量密度（約為商業(yè)石墨的5.8倍）、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富，而且相對(duì)于其他過(guò)渡金屬氧化物有較高的電化學(xué)活性和導(dǎo)電性，在過(guò)渡金屬氧化物中是一類(lèi)極具應(yīng)用潛力的鋰離子電池負(fù)極材料。然而，與大部分過(guò)渡金屬氧化物類(lèi)似，在充放電過(guò)程中存在體積膨脹的問(wèn)題，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能差。在先前的報(bào)道中，各種形貌結(jié)構(gòu)的NiO已經(jīng)運(yùn)用到儲(chǔ)能器件鋰離電池負(fù)極材料中，但是并沒(méi)有起到非常理

2、想的效果，因此合成出具有更高可逆放電比容量、更好循環(huán)性能及倍率性能的NiO負(fù)極材料具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。多孔的多殼層空心球結(jié)構(gòu)在鋰離子電池負(fù)極材料中有很大的優(yōu)勢(shì)：具有較大的比表面積，可以提供較多的鋰離子附著位點(diǎn)；納米尺度的粒子可以確保有效電荷和離子傳輸?shù)木嚯x更短，使得電阻較??；充放電過(guò)程時(shí)中空的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以提供額外的空間體積，減小內(nèi)部應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，增加循環(huán)穩(wěn)定性?；谶@些原因，本論文通過(guò)設(shè)計(jì)和制備多孔多殼層空心球結(jié)構(gòu)NiO微球來(lái)提

3、升其儲(chǔ)鋰性能，并且對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，獲得了一些有價(jià)值的研究成果。
　　本文在實(shí)驗(yàn)合成部分首先通過(guò)水熱法，合成具有吸附能力的碳球作為吸附模板，其次利用硬模板法通過(guò)離子吸附作用調(diào)節(jié)碳球?qū)i2+的吸附能力，最終通過(guò)熱分解法得到不同形貌、尺度均一的單殼層、雙殼層、三殼層、四殼層NiO空心球，做到了精確控制合成不同殼層數(shù)的NiO空心球。單殼層和雙殼層擁有較薄的殼壁厚度，在35納米左右，三殼層、四殼層殼壁較厚，為100納米左右。經(jīng)BET測(cè)試

4、發(fā)現(xiàn)，從單殼層到三殼層隨著殼層數(shù)的增加其比表面逐漸增加，三殼層的比表面最大為64.72m2/g，但是到了四殼層時(shí)又減小為50.04m2/g。對(duì)合成的不同殼層結(jié)構(gòu)的NiO以及納米粒子進(jìn)行了循環(huán)性能和倍率性能試，結(jié)果表明三殼層NiO空心球擁有最高的比電容量和最好的循環(huán)性能，其次是四殼層、雙殼層、單殼層、納米粒子。在電流密度為500mAg-1時(shí)，1-4殼層NiO空心球和納米粒子的放電比電容量分別為687.77mAhg-1、952.47mAhg

5、-1、1090.97mAhg-1、931.97mAh g-1和774.7mAhg-1，100次循環(huán)之后的放電比電容量分別為425.1mAh g-1、593.1mAh g-1、789.4mAh g-1和648.9mAhg-1，大于納米粒子的305.6mAhg-1，而且表現(xiàn)出了非常好的庫(kù)倫效率，全都大于97％（除第一次庫(kù)倫效率之外）。當(dāng)電流密度為1000mAg-1時(shí)，三殼層NiO循環(huán)100次之后其比電容量為715.2mAh g-1。不同倍率

6、條件下，甚至在高電流密度2000mAg-1時(shí)，三殼層NiO空心球的最低比電容量維持在721mAhg-1。為了檢測(cè)不同殼層結(jié)構(gòu)NiO和納米粒子電阻大小，對(duì)其進(jìn)行了交流阻抗測(cè)試。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，材料的阻抗大小與循環(huán)性能和比電容量的大小相符，三殼層的阻抗最小。多殼層空心球擁有較好的循環(huán)性能、倍率性能、循環(huán)性能、較高額比電容量與多孔的空心結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。此類(lèi)結(jié)構(gòu)有較大的比表面積，可以提供更多的鋰離子附著位點(diǎn)，多孔結(jié)構(gòu)可以讓電解液滲透到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，縮短