鐵鎳電池鐵負(fù)極的研究.pdf

1、隨著石油的日益枯竭，人們已將注意力轉(zhuǎn)移到綠色環(huán)保的電動(dòng)車輛上。鐵電極具有理論比容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、性價(jià)比高、鐵資源豐富、無(wú)毒、抗機(jī)械振動(dòng)、抗過(guò)充、抗深放等特性，適合應(yīng)用于汽車電池中。因?yàn)殍F鎳電池具有在電動(dòng)車輛上重新應(yīng)用的可能性，所以值得進(jìn)一步研究鐵電極。我們相信隨著鐵電極被進(jìn)一步研究，人們的興趣將重新聚焦到鐵電極和鐵鎳電池上。 Fe<,3>O<,4>通常被選作鐵鎳電池中的負(fù)極材料。以無(wú)機(jī)合成法合成了高純度的四氧化三鐵粉末，經(jīng)SE

2、M測(cè)量顆粒大小在300-600納米之間，經(jīng)XRD表征為單相Fe<,3>O<,4>。ICP定量分析表明合成Fe<,3>O<,4>樣品中有害雜質(zhì)Mn，Cr，Ca，Al，Si，Ba，V，Sr的含量全部低于購(gòu)買樣品，其中尤其雜質(zhì)Si，Cr，Mn，Ca的含量之購(gòu)買樣品與合成樣品的比分別高達(dá)18.64，6.00，4.27和4.17倍。表明合成中，控制雜質(zhì)Si，Cr：Mn，Ca的含量很重要。研究表明以合成Fe<,3>O<,4>不加任何添加劑所制作的鐵

3、電極平臺(tái)一放電比容量450.4mAh(g-Fe)<'-1>和總比容量678.1 mAh(g-Fe)<'-1>比文獻(xiàn)壓成式鐵電極的288.7 mAh(g-Fe)<'-1>和429.4 mAh(g-Fe)<'-1>分別大56.0％和57.9％。以低雜質(zhì)的合成四氧化三鐵所制作的鐵電極，充電效率高達(dá)96.4％，表明原材料中雜質(zhì)含量低是制備高性能鐵電極的前提和保證。 研究表明深度放電可以提高鐵電極第一平臺(tái)放電的比容量。這是鐵負(fù)極研究中的重

4、要發(fā)現(xiàn)，是提高鐵負(fù)極性能的重要方法。 電化學(xué)測(cè)試通過(guò)模擬鐵鎳電池進(jìn)行，電池陽(yáng)極由合成樣品Fe<,3>O<,4>和添加劑Ni(OH)<,2>等組成，與陽(yáng)極配對(duì)的陰極采用過(guò)量的鎳電極，以溶解Na<,2>S的5.5 MKOH+0.5 M LiOH為電解液，隔膜采用微孔丙綸非織造布。研究表明在504周的壽命試驗(yàn)中，由于添加劑的協(xié)同效應(yīng)，即使以693.0 mA(g-Fe)<'-1>的高放電速率，模擬鐵鎳電池中鐵電極第一平臺(tái)容量達(dá)598.0

5、 mAh(g-Fe)<'-1>及其總放電容量達(dá)907.5 mAh(g-Fe)<'-1>，比文獻(xiàn)數(shù)據(jù)456.0和709.0分別提高31.1％和28.0％。循環(huán)到第504周時(shí)放電容量仍為644.6 mAh(g-Fe)<'-1>，比最高放電容量907.5 mAh(g-Fe)<'-1>降低29.0％。模擬鐵鎳電池的最高充電效率達(dá)86.5％，最高中值電壓達(dá)1.3017V。 在306.7 mA(g-Fe)<'-1>放電速率下，在第一放電平臺(tái)

6、和1V截止時(shí)，0℃低溫使模擬鐵鎳電池中鐵負(fù)極的放電比容量比常溫分別降低11.3％和20.7％，但都仍然達(dá)532.8 mAh(g-Fe)<'-1>。3℃低溫使0.8V截止的放電比容量比常溫降低13.9％，但仍然達(dá)778.0 mAh(g-Fe)<'-1>。0℃低溫使模擬鐵鎳電池的平臺(tái)一中壓和0.8V截止的中值電壓比常溫分別降低62.0 mV和49.8 mV,但仍然分別達(dá)1.2400V和1.2145V。對(duì)鐵電極循環(huán)伏安曲線進(jìn)行定量計(jì)算，將鐵負(fù)

7、極循環(huán)伏安曲線轉(zhuǎn)化為充放電曲線，因此能對(duì)循環(huán)伏安曲線的峰進(jìn)行半定量指派，使通過(guò)對(duì)比不同循環(huán)伏安曲線比較鐵負(fù)極性能時(shí)更具說(shuō)服力。 光電子能譜(XPS)分析表明，放電態(tài)鐵負(fù)極表面上Fe和S原子濃度分別達(dá)10.81％和7.13％，表明模擬鐵鎳電池中鐵電極循環(huán)504．周后放電態(tài)樣品表面仍然富含F(xiàn)eS，是循環(huán)504周后其容量仍然高達(dá)644.6 mAh(g-Fe)<'-1>的原因。 研究表明隨平衡電位負(fù)移，鐵負(fù)極交流阻抗逐漸減小。根