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负极材料:中空管道结构的Co3-O4/CNT复合材料有效提高导电率

2016-04-13 16:48
来源: 材料牛

  随着新能源汽车的飞速发展,作为电动汽车关键技术之一的锂离子电池在性能上也需要革新。传统的锂离子电池使用石墨作为负极材料,但是石墨的理论比容量只有372mAh/g,且倍率性能并不理想,在未来可能难以满足高性能电动汽车动力电池的要求。Co3O4作为一种金属氧化物,可以用于锂离子电池负极材料,由于其具有8电子转移反应,理论容量是石墨的3倍,因此成为未来锂离子电池负极材料的潜在替代者。

  近日,新加坡南洋理工大学楼雄文课题组巧妙地使用多步骤法合成了具有分层管道结构的中孔Co3O4和碳纳米管复合材料作为锂离子电池负极材料,该独特的纳米构造很好地缓解了金属氧化物负极的体积膨胀和电子电导率低的问题。

负极材料:中空管道结构的Co3­O4/CNT复合材料有效提高导电率

图1:制备中空的Co3O4分级结构纳米中空管道负极材料的实验流程图

  合成方法

  (I:ZIF-67在PAN/Co(Ac)2纳米纤维上生长;II:在有机溶剂DMF中溶解PAN/Co(Ac)2得到中空管道框架;III:在H2/Ar还原性气氛下热处理,Co催化生长CNT;IV:在空气中热处理,Co氧化成中空Co3O4)

  该文章的亮点在于其巧妙的纳米构筑的制备方法上(见图1),研究者们先使用静电纺丝法制备PAN-Co(Ac)2纤维丝作为自模板,再利用ZIF-67与Co2+的结合协调性在纤维丝上生长ZIF-67形成核壳纳米纤维,使用DMF溶解掉PAN-Co(Ac)2核心得到ZIF-67管道结构,然后将得到的ZIF-67管在还原性气氛下热处理,在Co2+还原成Co纳米颗粒的同时,Co纳米颗粒可以作为催化剂在管道上生长出CNT,最后在空气中热处理时,Co单质颗粒氧化为中空的Co3O4分级结构纳米中空管道。

负极材料:中空管道结构的Co3­O4/CNT复合材料有效提高导电率

图2:制备的ZIF-67微管前驱体的FESEM(a-c)和TEM(d-f)电镜图

负极材料:中空管道结构的Co3­O4/CNT复合材料有效提高导电率

图3:具有分级结构CNT/Co3O4微管产物的FESEM(a-c)和HRTEM(d-f)图片

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