钴氧化物_碳复合材料的制备及电化学性能研究

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1、论文分类号：１学校代码：１０７０８学号：１５０２０４８龜淡基＃技大ｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＱＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＶ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ钴氧化物／碳复合材料的制备及电化学性能研究康倩指导教师姓名：曹丽云教授．学科名称．：材料学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：钴氧化物/碳复合材料的制备及电化学性

2、能研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：康倩导师：曹丽云教授2018年5月IPreparationandElectrochemicalPerformanceofCobaltOxides/CarbonCompositesAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineer

3、ingScienceByQianKangSupervisor:Prof.LiyunCaoMay2018II钴氧化物/碳复合材料的制备及电化学性能研究摘要过渡金属氧化物中CoO和Co3O4由于具有高的理论容量，来源广泛，易于制备等优点，被认为是非常具有发展潜力的负极材料。但由于CoO和Co3O4导电性较差，以及它们严重的体积膨胀效应容易导致材料粉化而造成容量的衰减，使得它们的应用受到限制。通常解决这类问题的方法主要有材料的纳米化、掺杂、与碳类物质复合等，其中与碳类物质复合是较为常用且高效的方法。本论文采

4、用三种不同的碳源通过水热-热处理，溶剂热-热处理和浸渍-热处理的方法与钴氧化物进行复合，得到不同形貌结构以及物相的钴氧化物/碳复合物，研究了结构，组成与性能之间的关系。（1）以SuperP为碳源，利用水热-热处理法制备出CoO/SuperP复合物，SuperP不仅能有效减小CoO的颗粒尺寸，而且可以提升CoO的电-1化学性能。CoO/SuperP复合物电极在0.1Ag下循环容量可达1020mAh-1g。较高的可逆容量可以归因于在脱锂过程中，SuperP能有效促进Co的电子转移，加速电化学反应速率，进而

5、使得Co和Li2O在脱锂过程结束后能完全地转化为CoO，减少了活性物质的损失，最终使容量和倍率性能得到提升。为了进一步改性材料的结构，将SuperP活化并用乙醇溶液作为溶剂，通过改变溶剂中乙醇与水的体积比可以控制产物的形貌，当乙醇与水的体积比为3:4时，产物CoO/SuperP中CoO的同时具有多孔棒、多孔-1片和多孔块状三种结构，循环30圈后容量可达1466mAhg，100圈后容-1量稳定在794mAhg。多孔棒、多孔片和多孔块状三种具有不同维数的结构以及与SuperP之间的协同作用共同促进了电极电

6、化学性能的提升。（2）利用溶剂热-热处理法制备出CoO/石墨烯复合物，通过改变溶剂中油酸的质量分数可以控制产物中CoO的自组装结构以及和石墨烯的复合状态。改变热处理温度可以有效改变产物的物相组成，当油酸的质量分数为1.6%，热处理温度为500C时，产物为Co3O4/CoO/Co/石墨烯复合-1物，具有三维多孔结构，其循环100圈后放电容量为1209mAhg，容量保持率高达98.2%。金属Co和石墨烯的存在提高了材料的导电性，加速III了电化学反应的进行，减少了Li2O的残留，保持了材料充放电过程中的

7、可逆性，Co3O4与CoO的存在提高了电极的容量，四者共同的协同作用提升了电极的电化学性能。（3）以地软作为生物质碳源，硝酸钴对其吸附作用最为明显，使得产物Co3O4/C中Co3O4的质量分数高达76.4%，且由于地软自身的结构使得Co3O4颗粒表面包覆了一层石墨化的碳环。当碳化温度为1000C，活化时间为2h时，产物中碳基体呈现三维孔洞结构，碳包覆Co3O4颗粒负-1载在其上。100圈内容量稳定在1072mAhg，容量保持率为93.1%，在2-1-1Ag电流密度下的容量为866mAhg。关键词：锂

8、离子电池，CoO，Co3O4，SuperP，石墨烯，生物质碳源IVPreparationandElectrochemicalPerformanceofCobaltOxides/CarbonCompositesABSTRACTAmongtransitionmetaloxides,CoOandCo3O4areconsideredtobepromisinganodematerialsduetotheirhightheoreticalcapacity,wides