基于Co3O4和Si的新型復(fù)合材料及其儲鋰性能測試.pdf

1、在過去的一段時(shí)間內(nèi)，由于快速的社會發(fā)展所引起的能源危機(jī)以及由能源污染產(chǎn)生的環(huán)境危機(jī)，各國的科學(xué)家們都在尋求綠色的可循環(huán)的新能源或新的能源存儲方式。在20世紀(jì)成功開發(fā)出的新型高能電池----鋰離子電池，由于其能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬和貯存壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在移動電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相等器械中，并且在一定程度上成功的代替了部分傳統(tǒng)電池。另外，實(shí)驗(yàn)上大容量的鋰離子電池已在電動汽車中試用，并有望成為21世界電動汽車的主

2、要動力電源之一。在鋰離子負(fù)極材料之中，過渡金屬氧化物，比如Co3O4，由于其比較高的理論比容量，受到了研究人員的廣泛青睞，并被認(rèn)為能滿足未來的能源要求。另外，理論比容量最高的Si，也被研究者廣泛的研究。本文主要是對基于Co3O4的兩種復(fù)合材料和Si/Graphene的復(fù)合材料進(jìn)行了制備、表征以及最后的儲鋰性能的測試，探索了如何使Co3O4和Si在能量儲存上發(fā)揮最大的價(jià)值。其主要內(nèi)容如下：
　　制備Co3O4/Si復(fù)合納米線。采用單

3、晶Si作為襯底，采用金屬誘導(dǎo)化學(xué)刻蝕的方法來制備大面積排列有序且長短可控的硅納米線。制備出Si納米線后，我們初步對其進(jìn)行了形貌的表征。在此之上，我們進(jìn)行了下一步的工作，以制備好的Si納米線作為基底，采用無電金屬沉淀的方法進(jìn)行化學(xué)鍍鈷，最后在空氣中退火處理得到了Co3O4/Si復(fù)合材料。將得到之后的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的SEM、TEM和XRD等表征。通過表征發(fā)現(xiàn)，我們成功地得到Co3O4/Si復(fù)合納米線結(jié)構(gòu)。最后，將制備好的復(fù)合材料作為鋰離

4、子電池的電極，進(jìn)行了多次的充放電儲鋰性能的測試。最終結(jié)果表明，制備出的Co3O4/Si復(fù)合納米線的這種復(fù)合結(jié)構(gòu)材料具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性，并且在大電流充放電的條件下，也顯示出了比商用的Co3O4顆粒優(yōu)越的性能。
　　制備基于泡沫鎳的分層孔狀Co3O4/Graphene復(fù)合材料。首先，在原有的Hummers方法上制備出了氧化石墨烯(GO)。其次，把商用的Co3O4納米顆粒與我們制備出來的GO進(jìn)行了均勻的混合。我們采用的是溶液混合，因?yàn)?/p>

5、這種方法比固體混合能更好的使Co3O4顆粒與GO得到更充分的混合。再次，我們采用了簡單且易行的“Dipping and Drying”方法，將混合均勻的溶液滴在泡沫鎳上，然后自然風(fēng)干。這個(gè)過程經(jīng)歷若干次，直至泡沫鎳上裝載很多的混合物。最后，我們采用非常簡便易行的微波還原的方法，將GO還原為G，得到了基于泡沫鎳的分層孔狀Co3O4/Graphene復(fù)合材料。得到樣品之后，對其進(jìn)行了拉曼、EDS能譜分析和SEM表征后，證明我們成功地得到了所

6、提出的結(jié)構(gòu)。最后對制備出的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行了儲鋰性能的測試，其結(jié)果表明：制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性，并且在變C循環(huán)的條件下，這種復(fù)合物也很穩(wěn)定。突出顯示出了這種復(fù)合結(jié)構(gòu)作為鋰電的所不可比擬的優(yōu)勢。
　　制備Si/Graphene的夾層結(jié)構(gòu)。
　　第一，在原有的Hummers方法上制備出了氧化石墨烯(GO)。然后稱取一定量的GO溶解在去離子水中，制備出一定濃度的GO水溶液。
　　第二，稱取商用的直徑為30nm的S

7、i顆粒均勻地分散在去離子水中，得到一定濃度的Si溶液。
　　第三，采用真空抽濾的方法先抽一層GO，然后在其上面抽一層Si層。多次進(jìn)行真空抽濾以抽取不同層的復(fù)合物。
　　第四，將制備好的Si/Graphene Oxide復(fù)合物浸入到HBr酸中把GO還原為G，我們得到了最后的產(chǎn)物Si/Graphene復(fù)合物。通過采用Raman,EDS和SEM等表征手段，證明了我們成功的制備了疊狀夾層的Si/Graphene復(fù)合物。
　　最