静电纺丝法制备Co3O4、NiCo2O4纳米纤维及其电化学性能研究

• 作 者: 李志午
• 出 处: 江西理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 锂离子 负极材料 静电纺丝 Co3O4 NiCo2O4

Co₃O₄和NiCo₂O₄因具有较高的理论比容量而常用作锂离子负极材料,但是采用传统方法制备的Co₃O₄或NiCo₂O₄负极材料都存在团聚较为严重的问题,从而制约了其性能。本文采用静电纺丝法分别制备Co₃O₄和NiCo₂O₄负极材料,考察纺丝过程中影响前驱体形貌的多种因素,得到最佳的实验条件,对前驱体纤维的煅烧机理进行了分析,并将煅烧后的纤维用作锂离子电池负极进而研究其电化学性能,同时还和共沉淀法及溶胶-凝胶法制备的NiCo₂O₄的电化学性能进行了比较,实验结果表明:（1）制备Co₃O₄纳米纤维的最佳条件是:当溶剂为去离子水（6 mL）+无水乙醇（13mL）,硝酸钴（1.5 g）作为钴源,聚合物增稠剂为PVP（K30浓度为36%）,纺丝距离为20 cm,正电压为25 kV,推注速度为0.1 mm/min,针头直径为0.6 mm,湿度为50%时,可以得到分布均匀、纺丝连续,无缠节、形貌良好且直径仅315nm的Co₃O₄前驱体纳米纤维。TG-DTA曲线及XRD图像表明,硝酸钴在255²90℃分解,PVP的分解则发生在410⁴90℃。制备成电池后,测得其首次放电比容量为843 mAh/g,经过100次循环后放电比容量仍有252 mAh/g;内部成分电阻为4.63Ω,在不同倍率下分别循环5次后,仍具有387 mAh/g的容量,说明其具有优秀的倍率性能。（2）当硝酸钴取1 g,硝酸镍0.5 g,其它条件与制备Co₃O₄纳米纤维的条件一致时,可制备出直径约为400 nm的NiCo₂O₄前驱体纤维。研究前驱体纤维的煅烧机理表明,硝酸钴与硝酸镍的分解发生在270³20℃,在600℃时可以形成物相较好的NiCo₂O₄。煅烧后制成负极材料,测得其首次放电比容量为1165 mAh/g,100次循环后,放电比容量约为400mAh/g;电池内部成分电阻仅为3.77Ω,电化学性能比Co₃O₄有很大提高。（3）静电纺丝法、共沉淀法及溶胶-凝胶法制备的NiCo₂O₄前驱体形貌差别很大:静电纺丝法为纤维状,共沉淀法为类球状,溶胶-凝胶法为层片状。煅烧后分别测定其电化学性能,对比发现:静电纺丝法制备的NiCo₂O₄充放电性能稳定性较好,并且内阻最小,在不同电流密度下,静电纺丝法制备的NiCo₂O₄在30次循环后放电比容量依旧稳定在622 mAh/g,远高于其他两种方法的528 mAh/g和435 mAh/g。