锂离子电池柔性负极材料CoO纳米线@C/碳布复合材料

望 军,赵 雨,郑 毅,张 均,刘晓燕

(重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆 401331)

0 引 言

作为最重要的储能设备之一,可充电锂离子电池(lithium ion battery, LIB)因在电动汽车、智能电网和智能电气设备的先进电源中的潜在应用而备受关注[1-3]。为了实现锂离子电池的高能量密度和高安全性,探索高性能的负极材料以取代石墨负极是非常重要的[4-6]。纳米结构过渡金属氧化物(transition metal oxides, TMO)的优越性使其成为LIB负极的候选材料[7-11]。在各种TMO中,钴氧化物(CoO, Co3O4)具有较高的理论比容量(CoO和Co3O4的理论比容量分别为750和890 mAh·g-1[12-14]),吸引了越来越多的关注。然而,作为锂离子电池的负极材料,CoO和Co3O4也存在着一些缺点,如低电导率,脱嵌锂过程中大体积变化导致LIB的容量迅速衰减和较差的可循环性[13-14]。为了克服这些缺点,一种方法是直接在导电衬底(例如碳布(carbon cloth, CC)[6,15-16])上制造TMO纳米结构,以形成独立电极。在这种独特的结构中,导电基底在反应过程中充当物理载体和电荷传输通道。纳米结构可以为Li+提供较短的扩散路径、更多的电极/电解质界面[15-16]。此外,可以消除传统LIB中的粘合剂或导电添加剂。为了提高TMO的导电性并减缓因体积膨胀引起的电极粉碎过程,另一种有效策略是与碳基材料复合[17-20]。本文将通过碳包覆来改善CoO@C/CC复合材料的导电性和循环性能。

本文首先采用水热法和热处理法在柔性碳布上生长了CoO纳米线阵列。随后,通过浸渍法和热处理在CoO纳米线表面沉积非晶碳层,得到CoO@C/CC复合材料。这种具有碳包覆结构的柔性电极比单一材料具有更好的电化学性能。……