Co3O4-石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有高能量密度，對環(huán)境友好等優(yōu)點，在日常生活中已得到廣泛應(yīng)用。負(fù)極是鋰離子電池的重要組成部分之一，目前商業(yè)化的負(fù)極材料主要是石墨類材料，其理論容量只有372 mAh/g。隨著時代發(fā)展，尤其在動力電池應(yīng)用方面，人們對具有更高容量的負(fù)極材料的需求也將更加迫切。Co3O4具有高達890 mAh/g的理論容量，且來源豐富，制備簡單，是一種極具前景的負(fù)極材料，引起人們廣泛關(guān)注。然而，Co3O4導(dǎo)電性差，且在充放電過程中存在劇烈體積變化，

2、造成電極材料粉碎，導(dǎo)致電池容量迅速衰減，嚴(yán)重限制了其商業(yè)應(yīng)用。而石墨烯具有大比表面積以及優(yōu)異的導(dǎo)電性等優(yōu)點，因此本文將Co3O4與石墨烯材料復(fù)合，利用它們各自的特點改善其電化學(xué)性能。
　　首先，利用水熱法制備Co3O4/石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體，并通過不同的退火條件對前驅(qū)體進行處理，同時利用XRD、TGA、TEM、XPS等方法對最終產(chǎn)物進行表征。實驗結(jié)果表明，先將前軀體先在氬氣中350℃下退火3h，然后再在空氣中200℃下退火0.5

3、h可成功制備出Co3O4/石墨烯復(fù)合材料，并且復(fù)合材料在退火過程中石墨烯損失最少。
　　接著，通過水熱法制備了三組不同石墨烯含量的Co3O4/石墨烯復(fù)合材料，石墨烯占復(fù)合材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20.1 wt％、33 wt％、38.8 wt％，同時對三種樣品進行了結(jié)構(gòu)、形貌表征以及電化學(xué)性能測試。測試結(jié)果表明，三組不同石墨烯含量的Co3O4/石墨烯復(fù)合材料均顯示出遠(yuǎn)優(yōu)于純Co3O4材料的循環(huán)性能和倍率性能。其中石墨烯含量為33 wt％

4、的復(fù)合材料具有最好的恒流充放電性能，在0.1 A/g電流密度下，首次放電容量高達1341 mAh/g，而且經(jīng)過50次循環(huán)后，容量依舊持得很穩(wěn)定，基本都保持在900mAh/g左右，最高可達988mAh/g，高于890mAh/g的四氧化三鈷理論容量，而且容量變化最小，在第50次循后其放電比容量仍有951mAh/g。
　　最后，利用水熱法制備了不同摻Ni量的Co3O4/石墨烯復(fù)合材料，Ni含量分別為10wt％、20wt％，并通過電化學(xué)測