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《浙江大学》 2013年
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锂离子电池负极材料Co_3O_4的性能改善及导电剂优化研究

俞迎霞  
【摘要】:作为过渡金属氧化物代表的Co3O4材料,具有890mAhg-1的理论比容量,是商用碳负极材料的接近三倍,成为极具潜力的高容量电极材料。但因其首次不可逆容量大,循环性能不佳的问题,限制了它的实际应用。本论文通过纳米化和复合化结合改性,制备出了具有多孔网状结构的Co3O4/C纳米片阵列复合薄膜。其次针对锂离子电池实际生产,根据不同正负极活性材料及对电池性能的具体要求设计出配料比,并探索出双组份导电剂的优化配比。主要研究内容及结果如下: 1)采用水热法以泡沫镍为基底制备出有片层阵列结构的C0304薄膜。通过对不同原料配比及煅烧温度下所得产物电化学性能的测试对比,得出当Co(NO3)2-6H2O与HMT摩尔比为1:3,煅烧温度为250℃可获得电化学性能最佳的Co3O4纳米片阵列薄膜,层片间形成多孔网络结构。 2)采用磁控溅射法制备出表面均匀包覆非晶碳层的Co3O4/C纳米片阵列复合薄膜,并分析了表面碳层对Co3O4薄膜电化学性能的影响。与纯Co3O4相比,Co3O4/C复合薄膜O.1C倍率下首次放电比容量从1016.2mAhg-1提高到了1340.4mAhg-1,1C倍率100次循环后,容量可保持在859.5mAhg-1,为起始容量的85.2%。高温55℃时,1C倍率Co3O4/C的首次放电容量可达到1214.9mAhg-1,100次循环后仍保留起始容量的85.5%。Co3O4/C复合薄膜性能的提高归结于表面碳层的引入,碳层不仅作为导电网络提高整个电极的电导率,加快反应进度,提高可逆比容量与倍率性能;同时起到机械稳定作用,提高Co3O4/C的循环稳定性。 3)根据LiFePO4、LiMn2O4及Li(NixCoyMn1-x-y)O2三种正极材料的特性以及容量型和功率型电池的不同性能要求,分别研究电池电芯配料比。通过电化学性能测试比较,以三元材料为正极,确定了炭黑类导电剂Super-P和石墨类导电剂KS-6组合使用的最佳配比。当Super-P与KS-6的比例为3:1时,0.1C倍率三元材料可获得最高放电比容量为146mAhg-1,首次充放电效率79.3%,同时0.5C倍率100次循环后,仍保留起始容量的86.9%。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM912

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【参考文献】
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【共引文献】
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