Hollow porous CoO@reduced graphene oxide self-supporting flexible membrane for high performance lithium-ion battery

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The rapid development of today's society has put forward higher requirements for energy storage devices with higher energy density, higher power density, and higher cycle life. As a mature high-efficiency energy storage device, the structural characteristics of the anode material of lithium-ion batteries have a crucial impact on the overall performance of the battery. Metal compounds with relatively high theoretical specific capacity have become a very promising anode material for the new generation of Li-ion batteries. However, their large volume expansion and poor electrical conductivity have severely restricted their rapid development. In this paper, we mitigate the problems of large volume expansion and poor electrical conductivity of metal compounds by compounding them with carbon-based conductive materials. We use a rapid preparation method of rGO-based flexible self-supporting film electrode by compounding Co-MOF with graphene oxide and use the etching effect of ammonium sulfide on Co-MOF combined with the heat treatment process to rapidly prepare CoO@rGO flexible self-supporting film composite with hollow porous structure. This unique hollow porous structure can effectively shorten the ion transport path and provide more active sites for lithium ions. The high conductivity of reduced graphene oxide further facilitates the rapid charge transfer and provides sufficient buffer space for the hollow Co-MOF nanocubes. Thanks to the synergistic effect of hollow porous structure and 3D reduced graphene oxide network, this would be a promising new strategy for synthesizing hollow porous structured rGO-based self-supported flexible electrodes.

국문 초록 (Abstract)

오늘날의 사회의 급속한 발전은 에너지 밀도가 높고, 전력 밀도가 높으며, 사이클 수명이 높은 에너지 저장 장치에 대한 요구 사항을 더욱 높게 제시하고 있다. 성숙한 고효율 에너지 저장 장치로서 리튬이온전지 음극재의 구조적 특성은 전지의 전체적인 성능에 결정적인 영향을 미친다. 이론 비용량이 상대적으로 높은 금속 화합물은 차세대 Li-ion 전지에 매우 유망한 음극 재료가 되었다. 그러나, 그들의 큰 부피 팽창과 낮은 전기 전도도는 그들의 빠른 발전을 심각하게 제한했다. 본 논문에서는 금속 화합물을 탄소계 도전재와 혼합하여 부피 팽창이 크고 전기 전도도가 떨어지는 문제를 완화한다. 산화그래핀과 Co-MOF 를 복합화하여 rGO 기반의 플렉시블 자기지지막 전극을 신속하게 제조하는 방법을 사용하고 열처리 공정과 결합된 Co-MOF 에 황화암모늄의 식각 효과를 이용하여 중공 다공성 구조의 CoO@rGO 플렉시블 자기지지막 복합체를 신속하게 제조한다. 이러한 독특한 중공 다공성 구조는 효과적으로 이온 전달 경로를 단축시키고 리튬 이온의 보다 활성 사이트를 제공할 수 있다. 환원된 산화그래핀의 높은 전도도는 빠른 전하 이동을 더욱 용이하게 하며, 중공의 Co-MOF 나노큐브를 위한 충분한 완충 공간을 제공한다. 중공 다공성 구조 및 3D 환원된 그래핀 옥사이드 네트워크의 시너지 효과 덕분에, 이는 중공 다공성 구조 rGO 기반의 자체 지지 유연 전극을 합성하기 위한 유망한 새로운 전략이 될 것이다.

목차 (Table of Contents)

• CHAPTER1: INTRODUCTION 1
• 1.1 Research background 1
• 1.2 Lithium-ion Battery Overview 2
• 1.3 Lithium-ion battery cathode material 3
• 1.4 Research significance 5
• Symbol Description 7
• CHAPTER2: EXPERIMENTAL MATERIALS AND EXPERIMENTAL AND INSTRUMENTS 8
• 2.1 Experimental raw materials and chemical reagents 8
• 2.2 Experimental instruments 9
• CHAPTER3: MATERIAL AND METHODS 11
• 3.1 Synthesis of Co-MOF 11
• 3.2 Synthesis of Co-MOF@rGO Flexible Film 11
• 3.4 Synthesis of CoO@rGO Flexible Film 12
• 3.1 Material Characterization 12
• CHAPTER4: RESULTS AND DISCUSSION 14
• 4.1 Construction Process of CoO@rGO Flexible Film 14
• 4.2 Structural and Compositional Characterization 16
• 4.3 Application in Lithium-Ion Batteries 32
• CHAPTER5: CONCLUSION 38
• REFERENCES 40
• ABSTRACT 47
• ACKNOWLEDGEMENT 50