论文部分内容阅读
氧化镍（NiO）具有较高理论容量718mAhg-1，约为石墨碳的1.9倍和较高的体积能量密度（约为商业石墨的5.8倍）、环境友好、储量丰富，而且相对于其他过渡金属氧化物有较高的电化学活性和导电性，在过渡金属氧化物中是一类极具应用潜力的锂离子电池负极材料。然而，与大部分过渡金属氧化物类似，在充放电过程中存在体积膨胀的问题，循环稳定性和倍率性能差。在先前的报道中，各种形貌结构的NiO已经运用到储能器件锂离电池负极材料中，但是并没有起到非常理想的效果，因此合成出具有更高可逆放电比容量、更好循环性能及倍率性能的NiO负极材料具有非常重要的现实意义。多孔的多壳层空心球结构在锂离子电池负极材料中有很大的优势：具有较大的比表面积，可以提供较多的锂离子附着位点；纳米尺度的粒子可以确保有效电荷和离子传输的距离更短，使得电阻较小；充放电过程时中空的内部结构可以提供额外的空间体积，减小内部应力对结构的破坏，增加循环稳定性。基于这些原因，本论文通过设计和制备多孔多壳层空心球结构NiO微球来提升其储锂性能，并且对其性能进行测试，获得了一些有价值的研究成果。 本文在实验合成部分首先通过水热法，合成具有吸附能力的碳球作为吸附模板，其次利用硬模板法通过离子吸附作用调节碳球对Ni2+的吸附能力，最终通过热分解法得到不同形貌、尺度均一的单壳层、双壳层、三壳层、四壳层NiO空心球，做到了精确控制合成不同壳层数的NiO空心球。单壳层和双壳层拥有较薄的壳壁厚度，在35纳米左右，三壳层、四壳层壳壁较厚，为100纳米左右。经BET测试发现，从单壳层到三壳层随着壳层数的增加其比表面逐渐增加，三壳层的比表面最大为64.72m2/g，但是到了四壳层时又减小为50.04m2/g。对合成的不同壳层结构的NiO以及纳米粒子进行了循环性能和倍率性能试，结果表明三壳层NiO空心球拥有最高的比电容量和最好的循环性能，其次是四壳层、双壳层、单壳层、纳米粒子。在电流密度为500mAg-1时，1-4壳层NiO空心球和纳米粒子的放电比电容量分别为687.77mAhg-1、952.47mAhg-1、1090.97mAhg-1、931.97mAh g-1和774.7mAhg-1，100次循环之后的放电比电容量分别为425.1mAh g-1、593.1mAh g-1、789.4mAh g-1和648.9mAhg-1，大于纳米粒子的305.6mAhg-1，而且表现出了非常好的库伦效率，全都大于97％（除第一次库伦效率之外）。当电流密度为1000mAg-1时，三壳层NiO循环100次之后其比电容量为715.2mAh g-1。不同倍率条件下，甚至在高电流密度2000mAg-1时，三壳层NiO空心球的最低比电容量维持在721mAhg-1。为了检测不同壳层结构NiO和纳米粒子电阻大小，对其进行了交流阻抗测试。经测试发现，材料的阻抗大小与循环性能和比电容量的大小相符，三壳层的阻抗最小。多壳层空心球拥有较好的循环性能、倍率性能、循环性能、较高额比电容量与多孔的空心结构有很大关系。此类结构有较大的比表面积，可以提供更多的锂离子附着位点，多孔结构可以让电解液渗透到结构内部，缩短离子传输路径，足够的空腔体积可以缓解体积膨胀时造成材料结构的破碎。