碳與儲鋰納米材料的復合及電化學性能研究.pdf

1、碳材料與高容量儲鋰納米材料復合，是提高鋰離子電池負極材料電化學性能的趨勢。目前已報道的碳材料與儲鋰納米材料的復合方式有碳混合、碳包覆、碳負載等方式。但為發(fā)展高性能鋰離子電池，需充分發(fā)揮碳材料與高容量儲鋰納米材料的協(xié)同優(yōu)勢。本論文以碳與儲鋰納米材料復合方式為立足點，旨在探索合成碳與儲鋰納米材料不同復合形式并且探索各種碳復合形式對電化學性能的影響。我們合成了碳包覆電極材料的新結(jié)構(gòu)——環(huán)形核殼結(jié)構(gòu);發(fā)展了碳與電極材料的復合方式——FeCl3-

2、石墨夾層化合物，研究一階二階兩種階結(jié)構(gòu)的電化學性能，和可能的嵌鋰機理;發(fā)展了一種空間-限制的納米反應器方法合成了新型復合材料——氯摻雜石墨-FeCl2夾層復合材料。具體內(nèi)容如下:
　　1、合成了碳包覆電極材料的新結(jié)構(gòu)——環(huán)形核殼結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)的實心核殼結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)碳與電極材料結(jié)合更為緊密。采用同步還原碳沉積過程，在乙炔氣體氛中熱處理Fe2O3納米環(huán)前驅(qū)，成功獲得了Fe3O4@C核殼納米環(huán)。作為鋰離子電池負極材料，F(xiàn)e3O4@C納

3、米環(huán)電極展現(xiàn)了高比容量，優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性以及良好的倍率循環(huán)性能。其在電流密度為200 mA g-1下，循環(huán)160圈后充放電比容量達924mA h g-1。電化學性能的提高歸因于其均一的抗應力環(huán)形核殼結(jié)構(gòu)，具有減少的鋰離子傳輸路徑，增加活性材料與電解液間的暴露活性位點，以及提高緩沖鋰離子點入與脫出所帶來的體積變化的能力。
　　2、通過室溫自組裝法制備了石墨烯負載的Fe2O3納米環(huán)復合材料(RGO/Fe2O3)。Fe2O3納米環(huán)均勻地

4、鑲嵌包裹與石墨烯片層上。作為鋰離子電池負極材料時，RGO/Fe2O3電極展現(xiàn)了高比容量，良好的循環(huán)穩(wěn)定性。其電化學性能的提高，歸因于該復合材料整合了石墨烯與電極環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。復合電極不僅繼承了Fe2O3納米環(huán)優(yōu)秀的動力學性能，同時，也擁有石墨烯來穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，以及提高的導電率。
　　3、合成了碳與電極材料復合更為緊密的結(jié)構(gòu)——FeCl3-石墨夾層化合物(FeCl3-GICs)。在高壓釜內(nèi)采用膨脹石墨與FeCl3直接反應，通過改變反應條

5、件，得到一階和兩階兩種階結(jié)構(gòu)的FeCl3-GICs。作為鋰離子電池負極材料，F(xiàn)eCl3-GICs展現(xiàn)了高容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。其中二階的FeCl3-GICs在200mA/g，循環(huán)100圈，容量為813mAh/g，在500mA/g，100圈后容量為760mAh/g。FeCl3-GICs優(yōu)異的電化學性能歸功與其獨特的夾層結(jié)構(gòu)，不僅具有良好的電導率，能很好緩沖電極材料的體積變化，以及由于層間距的增大而提高的表面反應活性。
　　4.發(fā)展

6、了夾層復合方式，制備了新型復合材料電極——氯摻雜石墨-FeCl2夾層復合材料（C-Cl/FeCl2/C-Cl）。從二階FeCl3-石墨夾層化合物出發(fā)，在石墨層間實現(xiàn)熱解反應:FeCl3→FeCl2+ Cl，得到C-Cl/FeCl2/C-Cl。這里石墨層間充當“納米反應器”的作用，不僅能抑制FeCl2晶體的快速生長，同時也能抑制Cl的溢出，并進一步與碳作用形成C-Cl鍵以及夾層Cl。該復合材料電極，在500mAg-1電流密度下，電極循環(huán)3