高性能堿性二次電池鐵基負極材料的合成及研究.pdf

1、二十一世紀以來，能源與環(huán)境問題日益凸顯，各國都在尋找高效環(huán)保的新能源。傳統(tǒng)的鐵鎳電池（俗稱“愛迪生電池”,二次電池也是蓄電池）因其安全、環(huán)保、循環(huán)壽命長、價格低廉、理論容量高、耐過充放電等優(yōu)點而又重新引起科研工作者的關(guān)注。目前，鐵鎳電池仍然存在易鈍化、析氣嚴重、充電效率低、高倍率性能差等問題，一定程度上制約了其推廣應(yīng)用。
　　本論文鑒于鐵鎳電池存在的問題，主要開展了以下研究工作:
　　(1)首次創(chuàng)新性地提出以FeS/C作為鐵

2、鎳電池負極材料，通過簡單的共沉淀法結(jié)合高溫處理合成出FeS/C材料，對其作為鐵鎳二次電池負極材料的電化學(xué)性能進行了系統(tǒng)研究。同時，與合成的FeS材料進行了性能對比。結(jié)果表明，添加3％的Bi2S3的FeS/C電極在放電電流為300 mA g-1時放電容量能達到325 mAh g-1，充電效率達到90.3％，循環(huán)200次后容量保持率達到99.2％。該材料具有優(yōu)異的倍率性能，該電極在放電電流達到1500 mAg-1(5C)時仍可以達到230

3、mAh g-1。掃描電鏡測試結(jié)果顯示，經(jīng)過200次充放電循環(huán)后，F(xiàn)eS/C顆粒的粒徑大小從5-15μm減小到不到300 nm，并且這些顆粒均勻分散在碳黑導(dǎo)電劑的表面。該現(xiàn)象表明FeS/C的電化學(xué)反應(yīng)過程是在Fe(OH)2和Fe之間通過鐵的中間化合物不斷溶解-沉積進行的。研究表明，F(xiàn)eS/C表現(xiàn)出了較高的充電效率，高的放電容量，優(yōu)異的倍率性能以及超強的循環(huán)穩(wěn)定性能。這種復(fù)合材料作為一種優(yōu)良的鐵鎳二次電池的負極材料，具有光明的應(yīng)用前景。

4、r>　　(2)采用共沉淀法并在700℃煅燒1小時成功合成出了高性能的Fe3O4多面體，將其用作堿性二次電池負極材料。系統(tǒng)研究了不同煅燒溫度對Fe3O4的物理和電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，煅燒溫度對Fe3O4的物理和電化學(xué)性能變換起著至關(guān)重要的作用。結(jié)果表明，經(jīng)過700℃煅燒得到的Fe3O4樣品的電性能（包括活化速率，放電容量，倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性）比在其他溫度下煅燒的樣品好。該樣品在電流密度為120 mA g-1時放電容量達到604.2

5、 mAh g-1，充電效率為83.9％。在電流密度為240、600、1200 mA g-1時放電容量分別為587.6、539.5和500.1 mAhg-1，表現(xiàn)出了優(yōu)異的高倍率性能。循環(huán)伏安測試和交流阻抗測試表明，這些性能的提高主要是由于該樣品具有更好的反應(yīng)可逆性，較低的電荷轉(zhuǎn)移阻抗以及對析氫反應(yīng)有更好的抑制作用。這種多面體結(jié)構(gòu)的Fe3O4作為堿性二次電池的負極材料，較傳統(tǒng)鐵基材料具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　(3)為了進一步提高具有

6、多面體結(jié)構(gòu)的Fe3O4的倍率放電性能，通過共沉淀法合成了一種新型的Fe3O4/RGO復(fù)合材料，并著重研究了Fe3O4/RGO復(fù)合材料的倍率性能。Fe3O4/RGO復(fù)合材料作為鐵鎳二次電池的負極材料在放電電流為120mAg-1時放電容量高達623 mAh g-1，并且當(dāng)放電電流從120mAg-1增加到1200mAg-1時只有15％的容量損失。通過和純Fe3O4對比發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3O4/RGO復(fù)合材料的放電容量及高倍率性能均優(yōu)于空白Fe3O4。