锂离子电池负极材料四氧化三钴的制备及其性能研究

摘要

随着人类对能源需求量的日益增加和常规能源的逐渐贫乏，如何有效合理地利用能源越来越受到人们的关注。锂电池作为当代储备电能设备的标志，如何提高锂离子电池的性能和其对电能的利用率是广大科研工作者的共同目标。负极材料作为锂电池的主要组成部分其性能对锂离子电池的影响很大。由于过渡金属氧化物负极材料 Co3O4具有比传统碳负极材料更高的比容量，同时又有比贵金属氧化物更经济的成本，所以 Co3O4成为负极研究的重要材料。本文主要围绕合成特殊形貌的负极材料 Co3O4进行研究，将实验分成了三个部分做了以下工作:
　　（1）以合成性能良好的负极材料 Co3O4颗粒为目的。用 CoSO4为钴源， NaOH为沉淀剂，聚乙烯吡络烷酮（PVP）为表面活性剂，考察了钴盐浓度、PVP用量和煅烧温度等参数对合成Co3O4的影响。并且通过XRD和SEM等手段对材料进行了物理表征并用恒流充放电系统对材料进行了电化学性能表征。通过实验优化获得了制备Co3O4的优化工艺条件：钴盐浓度为0.5 mol/L，PVP用量为50％，反应温度为60℃能够获得分散性较好的片状Co(OH)2的颗粒，在温度700℃下煅烧10个小时获得了纯净的Co3O4颗粒。充放电实验表明，该材料在2V附近有放电平台，首次不可逆容量损失小于40%，首次放电比容量可以达到1500 mAh/g，且在0.2 C下首次充放电之后循环15次，材料的比容量一直保持在1150 mAh/g左右，其容量保持率在90%以上。
　　（2）以合成棒状Co3O4颗粒为目的。用CoSO4为钴源，NH4HCO3做沉淀剂，聚乙烯吡络烷酮作为表面活性剂合成了 Co3O4颗粒，并考察了反应温度、反应的pH值、表面活性剂等因素对产品形貌的影响，采用XRD、SEM和激光粒度仪对样品进行物理性能表征。通过优化实验获得了优化工艺参数：反应温度为60℃，pH值为7.5，表面活性剂PVP用量为0.5 g，可以得出结晶性和形貌都比较好的的棒状的前驱体颗粒(NH4)2Co8(CO3)4.H2O。经过800℃的煅烧后得到了结晶很好的Co3O4棒状颗粒。其平均粒径为d(0.5)=4.438μm。
　　（3）用均匀沉淀法将0.1 moL/L CoSO4溶液和0.3 moL/L尿素溶液混合，并用0.2 g PVP做表面活性剂，同时用稀硫酸调节初始的PH为5左右，混合后在水浴锅中加热至100℃反应4 h后可以得到粒径为2~3μm的片状前驱体Co(OH)2煅烧后得到了粒径为2~3μm的类球状颗粒。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 文献综述

1.1 锂离子电池的发展

1.2 锂离子电池的构成和工作机理

1.3 锂离子电池负极材料

1.4 钴及其化合物

1.5 Co3O4的合成

1.6 Co3O4在电极材料的应用

1.7本课题的意义和研究内容

第2章实验试剂与仪器及测试方法

2.1 实验试剂与仪器

2.2 物理性质测试方法

第3章 电池负极材料片状的Co3O4的制备和表征

3.1 引言

3.2 样品制备

3.3 测试与表征

3.4 分析与讨论

3.5 本章小结

第4章 液相沉淀法棒状Co3O4的制备和表征

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 表征和测试

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

第5章 均匀沉淀法制备类球状Co3O4的初步探索

5.1 引言

5.2 制备方法

5.3 表征方法

5.4 结果分析

5.5 本章小节

第6章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢