具有微納結(jié)構(gòu)的鐵基負(fù)極材料的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池鐵基負(fù)極材料以其理論比容量高、儲(chǔ)量大、環(huán)境友好、成本較低等特點(diǎn)受到廣泛地關(guān)注。但是，其自身電導(dǎo)率不高以及在充放電過(guò)程中體積變化較大使得材料的倍率性能較差并且長(zhǎng)期循環(huán)時(shí)容量衰減嚴(yán)重。納米材料具有較大的比表面積，因而具有特異的化學(xué)和物理性能，一直是研究的焦點(diǎn)之一。用作負(fù)極的納米材料可以有效縮短質(zhì)荷傳輸距離，提高電化學(xué)反應(yīng)以及緩沖鋰離子嵌/脫時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，因而使得納米負(fù)極材料成為研究熱點(diǎn)。為了改善鐵基負(fù)極材料的電化學(xué)性能，人們合成了

2、一些具有特殊形貌的納米材料，包括納米線(xiàn)、納米針、納米棒、空心納米球、納米管等。但是這些材料的后期加工性能不如微米材料好（如制備負(fù)極漿料）;另外作為負(fù)極材料充放電時(shí)表面形成電子絕緣的固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)，使得孤島狀的顆粒之間的導(dǎo)電性能不佳。本文以具有花狀微納結(jié)構(gòu)的鐵醇鹽為反應(yīng)中間體，在一定氣氛下燒結(jié)制備相應(yīng)形貌的鐵基負(fù)極材料(FeS2、Fe2O3、Fe3O4)。一方面，鐵醇鹽的納米片可以降低燒結(jié)溫度，從而使得產(chǎn)物保持中間體的形貌;

3、另一方面，具有微納結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料，既擁有納米材料的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有微米顆粒的良好加工性能。因此，所制備的材料表現(xiàn)出較大的比容量和良好的循環(huán)性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)具有微納結(jié)構(gòu)的FeS2合成及其儲(chǔ)鋰性能研究:將具有花狀微納結(jié)構(gòu)的鐵醇鹽放入管式爐中，在N2和H2S混合氣氛下分別在300、450和800℃熱處理得到產(chǎn)物。結(jié)構(gòu)和形貌結(jié)果表明300℃熱處理得到的樣品是FeS2并能夠充分保持鐵醇鹽中間體的形貌，結(jié)晶度較高。450℃熱

4、處理得到的樣品也是FeS2，但表面變成多孔狀結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度更高。800℃熱處理得到的樣品卻是Fe9S10，并且不再具有鐵醇鹽的形貌，XRD圖譜的信噪比明顯下降。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，在200 mA g-1放電倍率下300℃時(shí)的產(chǎn)物具有1484.3mAhg-1的放電比容量，高于450和800℃的產(chǎn)物(1326.7 and934 mAh g-1);另外，100次充放電循環(huán)后(200 mA g-1)300℃產(chǎn)物的放電比容量為480.8 mAh g

5、-1，遠(yuǎn)高于另外兩個(gè)樣品放電比容量(215.8和89.7 mAh g-1)。
　　(2)具有微納結(jié)構(gòu)的Fe2O3合成及其儲(chǔ)鋰性能研究:將具有花狀微納結(jié)構(gòu)的鐵醇鹽放入馬弗爐中，空氣氣氛下分別在300、450和800℃熱處理，得到Fe2O3負(fù)極材料。結(jié)構(gòu)與形貌結(jié)果表明300℃熱處理時(shí)產(chǎn)物能夠充分地保持鐵醇鹽中間體的形貌，結(jié)晶度較高。450℃熱處理的產(chǎn)物表面形成多孔狀結(jié)構(gòu)，結(jié)晶性更好，但信噪比稍微降低;800℃的產(chǎn)物不再具有鐵醇鹽中體間

6、的形貌，XRD的信噪比明顯下降。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，200 mA g-1的電流密度下300℃熱處理產(chǎn)物的首次放電比容量為1360.2mAh g-1，稍低于450和800℃熱處理的產(chǎn)物(1411.6和1429.8 mAh g-1);但是100次充放電循環(huán)后300℃的產(chǎn)物放電比容量為515.6 mAh g-1(200 mA g-1)，遠(yuǎn)高于另外兩個(gè)樣品的放電比容量(247.6和206.7 mAh g-1)，表現(xiàn)出了較好的循環(huán)性能。
　

7、　(3)具有微納結(jié)構(gòu)的Fe3O4合成及其儲(chǔ)鋰性能:將具有花狀微納結(jié)構(gòu)的鐵醇鹽放入管式爐中，氮?dú)鈿夥障路謩e在300、450和800℃熱處理，得到鐵的氧化物。結(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示300℃熱處理的產(chǎn)物為Fe2O3，而450和800℃熱處理的產(chǎn)物為Fe3O4。450℃熱處理的產(chǎn)物能夠充分地保持鐵醇鹽中間體的形貌，結(jié)晶度較高。800℃熱處理得到的Fe3O4不再保持鐵醇鹽中間體的形貌。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，雖然200 mA g-1倍率下450℃產(chǎn)物的首次