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生物碳框架C/Zn1-xCoxO锂电负极材料

2022-03-21尤仁杰司马一统彭志军沈小雨马玥茹李玉红

常熟理工学院学报 2022年2期

尤仁杰,司马一统,陆 平,彭志军,沈小雨,李 悦,马玥茹,李玉红

(常熟理工学院 材料工程学院,江苏 常熟 215500)

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近几十年来,随着各种可携带电子产品(如手机、手提电脑)的普及,以及新能源交通工具的持续推广,对新型储能材料和设备的需求一直在不断增长中.锂离子电池由于高能量密度、没有记忆效应,以及长循环寿命,被广泛应用于各种储能场景.碳材料作为锂电池负极的研究由来已久.石墨是商业化最常用的负极材料,但其理论容量不高,仅为372 mAh·g-1[1],且依赖于矿物开采,已不能满足日益增长的高能量密度、高功率密度的市场需求.

各种金属氧化物及其锂盐,如 TiO2、Li4Ti5O12、SnO2、ZnO、Fe3O4[2]、氮化物材料[3]、双氧化物材料[4]等,因其高能量密度而被用来替代石墨.但是这些材料在充放电过程中常遇到导电性差、体积变化巨大从而使容量不可逆等现象,需要进行结构改造.将材料做成具有应力缓冲效果的球状或空心结构,可以在一定程度上缓解体积变化而造成的结构解体[5].而为了增加导电性,可将材料纳米化,以减少离子传输距离[6],以及将材料与导电性更强的炭材料复合[7-8],从而调动两者的优势.

ZnO材料曾被用作锂电池负极材料,其理论容量为978 mAh·g-1[7].为了增加其导电性和结构稳定性,各种掺杂方法被使用,如Al掺杂[9],Cu掺杂并与C材料复合[7],表面负载金属Ni等[10].另外,借用Co的催化效果,制备ZnO-CoO-C的复合物,可以获得较高的可逆容量[11].最近,Co掺杂再次被研究者所重视,周恒辉等制备了ZnCo2O4/ZnO复合物,可……

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