[0030] 以下结合附图对本发明实施方案进一步描述:以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0031] 实施例1
[0032] 1)将13mL无水乙醇、13mL乙二醇和1ml水配置成混合溶液。
[0033] 2)将0.2g P-123加入到上述混合溶液中,超声溶解均匀;
[0034] 3)将0.0921g C4H6MnO4·4H2O和0.09375g C4H6CoO4·4H2O分散在上述混合溶液中(醋酸钴:醋酸锰摩尔比为1/1),超声溶解完全后,老化72h;
[0035] 4)将上述老化后的溶液装入50mL聚四氟乙烯衬底中,装上不锈钢反应釜的外壳170℃5h水热反应。
[0036] 5)将水热反应后的材料收集、洗涤、真空干燥后,将粉末置于马弗炉中600℃烧结5h,得到黑色粉末,即为多孔Co-Mn-O纳米片(记为Co-Mn-O-1);
[0037] 6)将干燥后的复合材料充分研磨后作为锂离子电极负极材料,和炭黑及羧甲基纤维素按照重量份数60∶20∶20的比例,混合均匀,涂膜后60℃真空干燥4h,制备得到锂离子电池复合电极。将该复合电极置于2025电池壳内,以锂片为对电极,以聚乙烯膜为隔膜,以1M LiPF6+EC/DEC(v/v=1/1)为电解液组装电池进行恒电流充放电测试。
[0038] 实施例2
[0039] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为2/1)。(记为Co-Mn-O-2)[0040] 采用TEM表征本实施例中的所制备样品的形貌,如图4所示。Si纳米颗粒被碳包覆层均匀有效的包覆。
[0041] 实施例3
[0042] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为4/1)。(记为Co-Mn-O-4)。
[0043] 实施例4
[0044] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为6/1)。(记为Co-Mn-O-6)。
[0045] 实施例5
[0046] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为10/1)。(记为Co-Mn-O-10)。
[0047] 实施例6
[0048] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为15/1)。(记为Co-Mn-O-15)。
[0049] 实施例7
[0050] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为20/1)。(记为Co-Mn-O-20)。制备得到的材料为Co3O4/MnCo2O4.5混合相,呈现多孔纳米片形貌,纳米片的直径为10μm,纳米片的厚度为170nm。在400mA g-1的电流密度下,其电池性能在100个循环后保持800mA h g-1的可逆容量,具有较好的速率性能。
[0051] 实施例8
[0052] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为0.5/1)。(记为Co-Mn-O-0.5)。制备得到的材料为Mn2CoO4相,呈现多孔纳米片形貌,纳米片的直径为10μm,纳米片的厚度为170nm。在400mA g-1的电流密度下,其电池性能在100个循环后保持1192mA h g-1的可逆容量,具有较好的速率性能。
[0053] 实施例9
[0054] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为10/1),0.2g Pluronic F127替代0.2g P123。制备得到的材料为Co3O4/MnCo2O4.5混合相,呈现多孔纳米片形貌,纳米片的直径为12μm,纳米片的厚度为165nm。在400mA g-1的电流密度下,其电池性能在100个循环后保持880mA h g-1的可逆容量,具有较好的速率性能。
[0055] 实施例10
[0056] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为10/1),0.46g Pluronic F127替代0.2g P123,老化时间为24h。制备得到的材料为Co3O4/MnCo2O4.5混合相,呈现多孔纳米片形貌,纳米片的直径为11.5μm,纳米片的厚度为155nm。在400mA g-1的电流密度下,其电池性能在100个循环后保持900mA h g-1的可逆容量,具有较好的速率性能。
[0057] 实施例11
[0058] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为10/1),老化时间为48h,水热温度为200℃2h。制备得到的材料为Co3O4/MnCo2O4.5混合相,呈现多孔纳米片形貌,纳米-1片的直径为10.5μm,纳米片的厚度为125nm。在400mA g 的电流密度下,其电池性能在100个循环后保持950mA h g-1的可逆容量,具有较好的速率性能。
[0059] 实施例12
[0060] 和实施例1操作相同,不同之处是醋酸钴:醋酸锰摩尔比为10/1,老化时间为48h,水热温度为160℃24h。制备得到的材料为Co3O4/MnCo2O4.5混合相,呈现多孔纳米片形貌,纳米片的直径为12.8μm,纳米片的厚度为168nm。在400mA g-1的电流密度下,其电池性能在100个循环后保持870mA h g-1的可逆容量,具有较好的速率性能。
[0061] 实验例:
[0062] 下面通过物相测试对复合材料的形貌结构以及通过循环性能测试对本发明制备的复合材料的电化学性能进行测试和表征。
[0063] 1、XRD分析
[0064] 图1中a的XRD为实施例1-6样品的XRD图。实施例1制备的Co-Mn-O-1的所有衍射峰完全归属于MnCo2O4的晶相结构(JCPDS card no.84-482)。实施例2,4,6,10,15制备的Co-Mn-O的衍射峰一部分属于MnCo2O4.5的晶相结构(JCPDS card no.32-297),一部分属于Co3O4的晶相结构(JCPDS card no.43-1003),表明所制备的样品为Co3O4/MnCo2O4.5混合晶相结构。图1中b的XRD为实施例1-6样品的XRD图的局部放大图,图上可以明显看出,随着Co/Mn比例的增加,衍射主峰向高角度偏移,这是表明Co3O4/MnCo2O4.5混合晶比例也在随之变化。
[0065] 2、SEM与TEM分析
[0066] 图2为实施例1-6样品的SEM图。从图上可以看到实施例1制备的Co-Mn-O-1呈现片状结构。当Co/Mn的比例增加到2:1时,即实施例2所制备的样品,纳米片的尺寸开始变大,厚度增加。当Co/Mn的比例从2:1增加到4:1,6:1,10:1和15:1时,对应于实施例2-6所制备的样品,纳米片的直径从0.9μm到2.5,2.7,7.9和9.3μm,纳米片的厚度从25nm增加到70,90,120和150nm。图3是实施例2和实施例5所制备的样品Co-Mn-O-2和Co-Mn-O-10的TEM图。图上可以看出Co-Mn-O-2和Co-Mn-O-10纳米片的表面呈现大量的孔结构。对于Co-Mn-O-2,其晶面间距0.476nm归属于MnCo2O4.5的(111)晶面;对于Co-Mn-O-10,其晶面间距0.476nm和0.233nm归属于MnCo2O4.5的(111)晶面和Co3O4的(222)晶面,这和XRD的分析是一致的。
[0067] 3.XPS分析
[0068] 图4是实施例1-6样品的XPS图。对应于实施例1-6样品,从XPS测试的结果可以得到Co和Mn的原子比依次为0.9:1,1.6:1,2.6:1,3.0:1,3.5:1和5.1:1。
[0069] 4.比表面分析
[0070] 图5是实施例2和实施例5所制备的样品Co-Mn-O-2和Co-Mn-O-10的N2吸附-脱附曲线图及其孔径分布曲线。两个样品的吸附等温曲线展现一个明显的II型的特征等温线。表明两个样品的表面的孔结构主要为介孔结构。两样品的比表面分别为21.4和14.3m2g-1,总孔容分别为0.11和0.10cc g-1。孔径分布曲线显示Co-Mn-O-10样品的孔径结构主要集中于10到40nm的范围区间。多孔的纳米片结构将受益于电池电极内部电解液的渗透和锂离子的快速传导。
[0071] 5.充放电性能分析
[0072] 图6中a为实施例1-6样品的充放电曲线图。在0.01–3.00V的电压范围内,在400mA g-1的电流密度下,实施例1-6样品的Co-Mn-O-1,Co-Mn-O-2,Co-Mn-O-4,Co-Mn-O-6,Co-Mn--1O-10和Co-Mn-O-15分别能在100个循环后保持1006,1216,1241,1248,1280和797mA h g 的可逆容量。图6中b为实施例1-6样品的速率性能图。当电流密度从0.2增加10A g-1,实施例1-
6样品的Co-Mn-O-1,Co-Mn-O-2,Co-Mn-O-4,Co-Mn-O-6,Co-Mn-O-10和Co-Mn-O-15分别能保持764,689,612,512和381mA h g-1;861,716,618,446和265mA h g-1;789,758,694,576和-1 -1 -1
373mA h g ;890,806,786,727和581mA h g ;1020,988,929,815和650mA h g ;866,766,
698,614和548mA h g-1的可逆容量。