多孔NiO及NiO-石墨烯復(fù)合材料的可控制備與儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如能量密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)與無環(huán)境污染，使其成為了當(dāng)今二次電池的優(yōu)先研究發(fā)展的對象。負(fù)極材料是鋰離子電池的四大組成成員之一，對其的改善研究工作成為鋰離子電池發(fā)展的重要部分。目前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的鋰離子負(fù)極材料主要是石墨類碳材料，但是它的單位電容量比較低，商業(yè)化的石墨理論容量只有372mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足人們對高電容量鋰離子電池的要求，而且其安全性比較差。因此研發(fā)具有高電容量與安全性能好的新型負(fù)極材料

2、成為當(dāng)今研究發(fā)展鋰離子電池的重點(diǎn)。
　　作為過渡金屬氧化物的成員之一，氧化鎳(NiO)具有比較高的電容量，其理論電容為718mAh/g，而且安全性能好，無毒，對環(huán)境友好。但是如同其它的過渡金屬氧化物一樣，導(dǎo)電性能差，作為鋰離子負(fù)極材料時(shí)，在充放電循環(huán)過程中，具有比較大的體積膨脹粉末化，而且容易造成結(jié)構(gòu)坍塌，與集流體失去接觸，從而影響了其鋰電性能。而研究表明，制備孔狀材料或通過與石墨烯(graphene)復(fù)合等方法，可以提高其導(dǎo)電性

3、，緩解在充放電時(shí)鋰離子嵌入與脫出導(dǎo)致的體積膨脹與結(jié)構(gòu)坍塌，從而改善其鋰電性能。本論文采用超聲沉積、氨基酸輔助水熱與常溫回流等方法制備了中空結(jié)構(gòu)的NiO及其復(fù)合材料，通過與鋰片或者現(xiàn)實(shí)商業(yè)化的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2組裝成紐扣半電池或者全電池來測試其鋰電性能，并探討了材料形貌和結(jié)構(gòu)對鋰電性能的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.通過超聲沉積法制備NiC2O4·2H2O微球，然后高溫煅燒制備多孔空心結(jié)構(gòu)NiO。SEM

4、與TEM測試表明，所制備的NiO是由尺寸為30-80納米的顆粒組成的多孔空心微球結(jié)構(gòu)，其孔徑主要分布在3-20納米。通過組裝成紐扣鋰離子半電池測試，表明其具有良好的鋰電性能。在200mA/g電流密度下恒流充放電，循環(huán)30次仍保持了380mAh/g的電容量，并且通過在不同的電流密度下測試其倍率性能，即使在600mA/g電流密度循環(huán)，也能保持在200mAh/g的電容量。最后，通過拆卸循環(huán)后的電池，進(jìn)行SEM表征，表明其良好的鋰電性能主要?dú)w因

5、于其中空結(jié)構(gòu)，能夠緩解其體積膨脹，并縮短了在循環(huán)充放電過程中鋰離子的擴(kuò)散自由程。
　　2.通過以Ni(NO3)2·2H2O為原料，NH3·H2O為沉淀劑與L-Cysteine為形貌控制劑的水熱-高溫煅燒法制備多孔NiO空心球。通過SEM與TEM表征，表明了所制備的NiO為由30-50納米大小的納米顆粒組成的直徑在2-3微米的空心微球，其球殼厚度約為0.75微米。并通過實(shí)驗(yàn)研究，探討了其生長機(jī)理。將此材料組裝成紐扣鋰離子半電池測試，

6、表明其具有優(yōu)越的鋰電性能，在100mA/g電流密度下循環(huán)50次，仍保持了847mAh/g的電容量，即使在800mA/g電流密度下循環(huán)，也能保持470mAh/g的電容量。最后，通過拆卸不同循環(huán)階段的電池，通過SEM測試探究了其循環(huán)過程的結(jié)構(gòu)變化。
　　3.通過以Ni(NO3)2·6H2O、六亞甲基四銨與氧化石墨烯為原料，通過常溫常壓條件下回流-高溫煅燒法制備多孔NiO/石墨烯復(fù)合材料。通過SEM與TEM表征，發(fā)現(xiàn)多孔NiO納米片均勻

7、包覆納米片上，形成了多孔片-片的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)驗(yàn)研究了其形成的影響因素并提出了生長機(jī)理。我們對其組裝為紐扣半電池和以商業(yè)化的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2三元材料作為正極組裝成紐扣全電池進(jìn)行測試，表明了其具有非常好的鋰電性能。紐扣半電池在200mA/g的電流密度下循環(huán)50次，其容量仍高達(dá)704.8mAh/g，而純的多孔NiO只有134mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其復(fù)合材料。即使在1600mA/g高電流密度下循環(huán)，也能保持402.6m