论文部分内容阅读
近来,日渐加重的环境污染与能源枯竭危机,迫使人们把焦点转移至可再生能源,高效的能量贮存、转换技术使得可再生能源的有效利用成为可能。便携产品等发展尤为重要,外加锂电池自身诸多优势,其成为便携设备中颇受青睐的储能器具。商业化的碳锂电负极材质,欠佳的能量密度加之有限的比容量(372 mAh g-1),使其应用受限。掺氮的碳及石墨烯的比容量也不超过600 m Ah g-1,但因石墨烯片层间强烈的吸引力,固态的石墨烯因极易聚合而不具备单分散型石墨烯表现出的大比表等良好特性,所以三维柱状型还原氧化石墨烯（3D rGO）的制备愈为重要。调研得知,双金属氧化物（Bimetallic Oxide,BMO）作为锂电负极材质以其可行的氧化态、优异的电导性备受关注,连同两种氧化物间的协同影响,性能比单个氧化物格外优越。BMO虽离子扩散阻抗小,电解液渗透容易,但其在嵌/脱锂过程中,活性物的粉化、结构坍塌等,导致其循环特性差。基于此,设想把3D rGO与BMO整合可消除之上困扰。3D rGO作为支撑与导电基质,负载纳米化的BMO粒子,可增强被负载物的电导性,减缓锂化进程中的压力效应,从而提高储锂特性。目前现存的多数石墨烯基复合材料仅是由“一锅煮”的工序,使石墨烯与无机物简单随机混合。而本文成功制备出的三明治状石墨烯载BMO纳米粒子,有效解决了之上难题。主要工作如下:1.一种3D柱状rGO由GO片经由一步水热工序制得,后又通过浸泡和随后的二次生长成功得到NiMn2O4@rGO纳米复合材料。该复合材料中,NiMn2O4纳米片均匀且紧密地附着在rGO的每一个面上。通过调节Ni Mn2O4前驱体溶液浓度来控制其在rGO上的负载量,并通过一系列表征及电化测试探索出NiMn2O4与rGO的最优比例。该复合材料在NiMn2O4@rGO//Li半电池中,以2 A g-1循环500次,容量可维持在867 mAh g-1,及NiMn2O4@rGO//LiCoO2全电池中0.05 A g-1循环60次,容量可达1046 mAh g-1。研究表明,rGO的引入及两者间的协同影响极益于锂储容量提升。2.以上述制得的3D rGO为基底,以CoCl2?6H2O,NiSO4?6H2O,C6H12N4和VC为原料配得澄清溶液,经由吸附扩散、一步水热原位生长及后续的热处理机制,进而NiCo2O4纳米颗粒在3D rGO上有效附着。该复合材料呈现出NiCo2O4@rGO//Li半电池中1 A g-1下700个循环后1566 m Ah g-1,且NiCo2O4@rGO//Li CoO2全电池中0.1 A g-1时100个循环后886 mAh g-1的比容量。从而归结出作为NiCo2O4纳米颗粒导电框架的rGO片拥有的诸多无序/缺陷,可促使电极活性物与电解质充分接触,加速Li+传输。3.为更深入探索之上方法制备3D rGO基复合材料的普适性以及Co基BMO@rGO的电化锂储特性,该章运用简洁可控的静电吸引Zn2+和Co2+进而引诱ZnCo2O4前驱体纳米带生长。经溶剂热和热处理后,ZnCo2O4纳米颗粒规律地被负载在rGO各个片层上。复合材料在ZnCo2O4@rGO//Li半电池中1 A g-1时循环500次容量可达1113 mAh g-1,而在ZnCo2O4@rGO//Li CoO2全电池中0.1 A g-1时循环140次,依然可维持1589 mAh g-1的比容量。这些都证实了ZnCo2O4与rGO间强有力的相互作用,是表现出该良好特性的本质因素。