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摘要通过水热反应、磁控溅射及之后的热处理过程，在碳布上生长ZnCo2O4，其是由纳米管在空间有序排列形成的三文纳米阵列结构。将其用于锂离子电池负极，与Co3O4纳米线样品相比，ZnCo2O4三文纳米电极表现出优秀的循环性能与倍率性能，首次放电容量高达950mAh•g-1，20个充放电循环后的容量保持率为82%（780 mAh•g-1），在20c的大电流密度下还能平稳的工作（放电容量201 mAh•g-1）且库仑效率达100%。这些结果表明，基于三文钴酸锌纳米管阵列的电极用于柔性锂离子电池具有良好的循环及倍率性能。33131
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关键词 ZnCo2O4；纳米管；三文电极；柔性电池
毕业论文设计说明书外文摘要
Title The research about Three-dimensional ZnCo2O4 nanotube arrays for flexible lithium ion battery
Abstract
Through hydrothermal reaction, magnetron sputtering and later annealing process, ZnCo2O4 nanotubes was directly grown on the carbon cloth, forming an ordered spatial three-dimensional array structure. Compared with Co3O4 nanowire samples, three-dimensional ZnCo2O4 electrodes as anode for lithium-ion battery showed excellent cycling performance and rate performance.After 20 charge and discharge cycles, the capacity retention rate was 82% (780 mAh • g-1),Under high current densities 20c can smoothly work (discharge capacity 201 mAh • g-1) and the coulombic efficiency is up to 100%. These results indicate that three-dimensional ZnCo2O4 nanotube array-based electrode can use in flexible lithium-ion batteries with good cycle and rate performance.
Keywords ZnCo2O4; nanotubes; three-dimensional electrode; flexible batteries
目 次
1绪论1
1.1本课题研究内容 1
1.2柔性锂离子电池简介 1
1.3三文钴酸锌纳米管阵列用于柔性锂离子电池 5
2实验部分 6
2.1实验材料及仪器 6
2.2样品的制备 7
2.3样品的表征 7
2.4电化学性能测试 8
3实验结果与讨论 10
3.1物相分析 10
3.2形貌结构分析 11
3.3电化学测试分析 16
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 本课题研究内容
锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等突出优点,目前被广泛应用于各类便携式电子产品。随着柔性/可折叠电子器件的发展,开发具有弯折稳定性的柔性锂离子电池已成为目前储能领域研究的前沿之一。为了满足柔性电子器件待机时间长、充电时间短等特性,要求柔性储能器件具有高能量密度和功率密度(即可快速充电性能)。但目前报道的柔性锂离子池的电化学性能,尤其是快速充放电性能,仍远远达不到传统锂离子电池的水平,很难满足实际应用的需求。锂离子电池的快速充电性能取决于锂离子和电子在电极材料表面和体相的传输速度,采用纳米材料可改善锂离子和电子在电极表面及内部的传输,减小锂离子和电子在电极内部传输的路径,对于柔性电极材料也同样适用。通过纳米电极材料的制备、组装及提出新型电极结构设计,获得了具有高功率性能和优良弯折稳定性的柔性锂离子电池电极材料和全电池。[1]高容量过渡金属氧化物(如Co3O4、TiO2等)作为锂离子电池负极材料已经得到了广泛的研究。[2-4]然而，像Co3O4这类过渡金属氧化物由于有毒，价格昂贵，而且存在容量衰减快，容量保持率不高，首次不可逆容量损失很大，充放电效率相对较低等缺点，因此，现在很多研究者努力的方向逐渐转移到环境友好型，价格便宜的金属来替代钴。ZnCo2O4是作为可供选择的锂离子电池材料之一。ZnCo2O4纳米线的一文结构和多孔性，使得合成的产物具有很大的比表面积，从而在电化学充放电过程中，具有更多的活性位点，更有利于锂离子的嵌入与脱出。[5]