具有微納結構的鐵基負極材料的制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池鐵基負極材料以其理論比容量高、儲量大、環境友好、成本較低等特點受到廣泛地關注。但是，其自身電導率不高以及在充放電過程中體積變化較大使得材料的倍率性能較差并且長期循環時容量衰減嚴重。納米材料具有較大的比表面積，因而具有特異的化學和物理性能，一直是研究的焦點之一。用作負極的納米材料可以有效縮短質荷傳輸距離，提高電化學反應以及緩沖鋰離子嵌/脫時產生的應力，因而使得納米負極材料成為研究熱點。為了改善鐵基負極材料的電化學性能，人們合成了

2、一些具有特殊形貌的納米材料，包括納米線、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（如制備負極漿料）;另外作為負極材料充放電時表面形成電子絕緣的固體電解質界面膜(SEI膜)，使得孤島狀的顆粒之間的導電性能不佳。本文以具有花狀微納結構的鐵醇鹽為反應中間體，在一定氣氛下燒結制備相應形貌的鐵基負極材料(FeS2、Fe2O3、Fe3O4)。一方面，鐵醇鹽的納米片可以降低燒結溫度，從而使得產物保持中間體的形貌;

3、另一方面，具有微納結構的負極材料，既擁有納米材料的優點，同時具有微米顆粒的良好加工性能。因此，所制備的材料表現出較大的比容量和良好的循環性能。具體研究內容如下:
　　(1)具有微納結構的FeS2合成及其儲鋰性能研究:將具有花狀微納結構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℃熱處理得到產物。結構和形貌結果表明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構，結晶度更高。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。電化學測試結果顯示，在200 mA g-1放電倍率下300℃時的產物具有1484.3mAhg-1的放電比容量，高于450和800℃的產物(1326.7 and934 mAh g-1);另外，100次充放電循環后(200 mA g-1)300℃產物的放電比容量為480.8 mAh g

5、-1，遠高于另外兩個樣品放電比容量(215.8和89.7 mAh g-1)。
　　(2)具有微納結構的Fe2O3合成及其儲鋰性能研究:將具有花狀微納結構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負極材料。結構與形貌結果表明300℃熱處理時產物能夠充分地保持鐵醇鹽中間體的形貌，結晶度較高。450℃熱處理的產物表面形成多孔狀結構，結晶性更好，但信噪比稍微降低;800℃的產物不再具有鐵醇鹽中體間

6、的形貌，XRD的信噪比明顯下降。電化學測試結果表明，200 mA g-1的電流密度下300℃熱處理產物的首次放電比容量為1360.2mAh g-1，稍低于450和800℃熱處理的產物(1411.6和1429.8 mAh g-1);但是100次充放電循環后300℃的產物放電比容量為515.6 mAh g-1(200 mA g-1)，遠高于另外兩個樣品的放電比容量(247.6和206.7 mAh g-1)，表現出了較好的循環性能。
　

7、　(3)具有微納結構的Fe3O4合成及其儲鋰性能:將具有花狀微納結構的鐵醇鹽放入管式爐中，氮氣氣氛下分別在300、450和800℃熱處理，得到鐵的氧化物。結構表征結果顯示300℃熱處理的產物為Fe2O3，而450和800℃熱處理的產物為Fe3O4。450℃熱處理的產物能夠充分地保持鐵醇鹽中間體的形貌，結晶度較高。800℃熱處理得到的Fe3O4不再保持鐵醇鹽中間體的形貌。電化學測試結果表明，雖然200 mA g-1倍率下450℃產物的首次