FE203基鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有開路電壓高、能量密度大、使用壽命長等特點，被廣泛應(yīng)用于生活中的各個領(lǐng)域。如今，石墨作為廣泛商用的負(fù)極材料，其理論比容量(372mA h g-1)比較低，已經(jīng)不能滿足新型高性能鋰離子電池的要求。Fe2O3負(fù)極材料具有較高的理論比容量(1006mA h g-1)，引起人們極大關(guān)注。但是Fe2O3在充放電中面臨巨大的體積膨脹，導(dǎo)致容量損失，而且Fe2O3的導(dǎo)電性較差，不利于電子和離子的傳輸。為了解決這些不足，一方面，研究人員制備

2、了不同形貌和結(jié)構(gòu)的Fe2O3負(fù)極材料，如納米粒子、棒狀結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)等，表現(xiàn)出比較好的循環(huán)性能。另一方面，研究人員制備了三氧化二鐵/碳材料復(fù)合物和三氧化二鐵/導(dǎo)電聚合物復(fù)合物，電化學(xué)性能得到了極大的提升。在本文中，首先制備了Fe2O3納米片，并研究了其電化學(xué)性能。然后制備了三氧化二鐵/聚吡咯(Fe2O3/PPy)和三氧化二鐵/石墨烯(Fe2O3/rGO)復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以Fe

3、Cl2·4H2O為Fe源，采用水熱法合成了Fe2O3納米片，然后對其進(jìn)行電化學(xué)性能研究，在200mA g-1的電流密度下經(jīng)過100次充放電循環(huán)后，比容量剩下172.6mA h g-1，容量損失嚴(yán)重，循環(huán)穩(wěn)定性差。這主要是由于Li+在Fe2O3中反復(fù)嵌入和脫出導(dǎo)致其發(fā)生嚴(yán)重的體積變化和團聚。
　　(2)常溫條件下采用原位聚合法，通過改變加入的Py量合成了不同PPy含量的Fe2O3/PPy復(fù)合材料，考察了PPy含量對材料電化學(xué)性能的影

4、響。測試結(jié)果表明，不同PPy含量的Fe2O3/PPy復(fù)合材料的循環(huán)性能均優(yōu)于純Fe2O3，表明PPy改善了Fe2O3的性能，這主要是由于PPy層作為保護(hù)層一方面能夠緩沖嵌脫鋰中Fe2O3的膨脹和團聚，另一方面能夠阻止Fe2O3與電解液直接接觸,保護(hù)Fe2O3顆粒的完整性。其中Fe2O3/5.0wt％PPy的循環(huán)性能較好，在電流密度為200mA g-1下循環(huán)100周后比容量為487.4mA h g-1。
　　(3)采用水熱法制備Fe

5、2Os/rGO復(fù)合材料，研究了水熱時間和rGO含量對材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，F(xiàn)e2O3/rGO(4-25)復(fù)合材料即當(dāng)反應(yīng)時間為4h、rGO含量為25％時的性能較好，當(dāng)電流密度為200mA g-1時，經(jīng)過100次充放電循環(huán)后，放電比容量為783.7mA h g-1，高于其他條件制備的Fe2O3/rGO復(fù)合材料和純Fe2O3。將電流密度增大到1Ag-1時，仍表現(xiàn)出比較好的循環(huán)性能，經(jīng)過500周充放電，容量保持為352.3mA h