Zn/Co-ZIF基负极材料的制备及其储锂性能的研究

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锂离子电池作为一种化学电源的能源形式,是目前应用最广的可充电电池之一。随着人类社会对高性能锂离子电池的要求不断提高,使人们越来越注重高比能电极材料的开发。金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)作为一种新型的多孔材料,在电化学储能领域引起了广泛关注。通过室温共沉淀法得到表面光滑、形貌规则的菱形十二面体双金属MOFs,以其为前驱体制备了多孔的ZnO/Co3O4/CoO/Co多组分复合物,氮掺杂多孔碳以及Co3O4/NiO/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等技术手段对材料的组成和形貌进行表征,运用循环伏安、恒流充放电等研究了材料的储锂性能。ZnO/Co3O4/CoO/Co复合材料中的多孔结构可以缩短Li+的传输路径,增加电极和电解质的接触面积;此外,可以充分发挥各组分活性物质的协同作用,从而使复合材料具有优异的储锂性能。电流密度100 mA·g-1,电压范围0.01~3.0 V循环100次后,放电比容量能保持在972.6 mAh·g-1。电流密度为500 mA·g-1,500次循环后具有702.1 mAh·g-1的可逆比容量。多孔碳中氮掺杂可以提高材料的活性,双金属的嵌入可以增加材料整体结构的完整性。研究发现,在600°C碳化温度下制备的氮掺杂多孔碳具有优异的储锂性能。电流密度100 mA·g-1,电压范围0.01~3.0 V循环100次后,放电比容量能保持970.0 mAh·g-1。电流密度500 mA·g-1,500次循环后能保持813.5 mAh·g-1的可逆比容量。Co3O4/NiO/C作为锂离子电池负极材料,由于其较为优异的导电性以及Co3O4和NiO双组分的协同作用从而展现出优异的储锂性能。电流密度100 mA·g-1,电压范围0.01~3.0 V循环100次后,可逆比容量为1167.8 mAh·g-1。500 mA·g-1电流密度下循环500次,具有812.3 mAh·g-1的可逆比容量。图52幅;表2个;参107篇。
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