纳米复合化对锂离子电池NiO负极材料电化学性能的改善

本论文的主要研究内容是针对锂离子电池NiO负极材料首次不可逆容量较高、循环性能较低等问题,对NiO材料进行纳米复合改性。通过制备NiO/Ni和Li0.68Ni1.32O2/Ag纳米复合材料、网状多孔和球状多孔NiO/C纳米复合材料、泡沫镍负载球状多孔NiO/Ag纳米复合材料、泡沫镍负载网状多孔NiO/Ag、NiO/PEDOT和NiO/PANI纳米复合薄膜,以提高锂离子电池NiO负极材料的首次库仑效率和循环稳定性。 采用煅烧法制备了NiO/Ni纳米原位复合材料。由于纳米Ni颗粒提高了首次充电反应的反应进度并同时提高了材料的导电性,NiO/Ni纳米复合材料的首次库仑效率为71%,高于纯NiO材料的65%;在100 mA g-1的电流密度下NiO/Ni纳米复合材料循环50周后的容量为640 mAh g-1,也高于纯NiO材料的360 mAh g-1。 采用固相法对NiO进行Li2O掺入而制备了Li0.68Ni1.32O2材料,并进一步结合化学镀银法制备了Li0.68Ni1.32O2/Ag纳米复合材料。由于Li2O提高了首次充电反应的反应进度,Li0.68Ni1.32O2材料的首次库仑效率达到73%,高于纯NiO材料的65%,但它在100 mAg-1电流密度下循环40周后的容量仅360 mAh g-1。而Li0.68Ni1.32O2/Ag纳米复合材料的导电性得到了改善,它的首次库仑效率为72%,在同样电流密度下循环40周后的容量为570 mAh g-1。 采用微波加热均相沉淀、煅烧、水热相结合的方法制备了网状多孔NiO/C纳米复合材料。网状多孔NiO材料在0.1C、0.5C和1C的电流密度下均表现出比颗粒状NiO材料更高的首次容量,但它在0.1C的电流密度下循环40周后的放电容量仅180 mAh g-1。而NiO/C复合材料的导电性获得了改善,而且网状结构更加稳定,在0.1C的电流密度下循环40周之后的放电容量达430 mAh g-1。 采用煅烧与水热相结合的方法制备了球状多孔NiO/C纳米复合材料。在较高的倍率下充放电时,球状多孔NiO/C复合材料表现出比球状多孔NiO材料更高的首次容量,并表现出更小的极化,它在0.5C的电流密度下循环40周之后的容量还保持在430 mAhg-1,高于球状多孔NiO材料的200 mAh g-1,这都归因于碳对材料导电性的改善。 采用电沉积、煅烧、化学镀银相结合的方法制备了泡沫镍负载球状多孔NiO/Ag纳米复合材料。通过与Ag复合提高了材料的导电性,将材料的首次库仑效率从48%提高到59%,将材料在100 mA g-1的电流密度下循环40次后的放电容量由290 mAh g-1提高到490 mAh g-1。 采用化学水浴沉积法制备了泡沫镍负载网状多孔NiO纳米薄膜,并分别继续通过化学镀银、电沉积方法制备了泡沫镍负载网状多孔NiO/Ag、NiO/PEDOT和NiO/PANI纳米复合薄膜。泡沫镍负载网状多孔NiO纳米薄膜的首次库仑效率为70%,在0.5 A g-1和1.5 A g-1的电流密度下循环50周之后的放电容量分别为490 mAh g-1和350 mAh g-1。NiO/Ag纳米复合薄膜的导电性得到改善,它在0.5 A g-1、1.5 A g-1和3 A g-1电流密度下循环50周之后的放电容量分别提高到550 mAh g-1、450 mAh g-1和420 mAh g-1。网状多孔NiO/PEDOT纳米复合薄膜的导电性也得到了改善,在1 C和2 C下循环50周之后的放电容量分别提高到475 mAh g-1和470 mAh g-1。NiO/PANI纳米复合薄膜不仅导电性得到了改善,而且网状多孔结构变得更加稳定,它在1 C和2 C下的循环50周之后的放电容量分别提高到520 mAh g-1和430 mAh g-1。