鐵氧化物負(fù)極材料的制備及其儲(chǔ)鋰-鈉性能研究.pdf

1、憑借資源豐富、環(huán)境友好、成本低廉、理論容量高等優(yōu)點(diǎn)，鐵氧化物已成為一種極具應(yīng)用前景的鋰離子電池和鈉離子電池負(fù)極材料。然而，鐵氧化物的導(dǎo)電性差以及因轉(zhuǎn)化機(jī)理而引起的充放電過(guò)程中巨大的體積變化，致使其存在許多缺點(diǎn)，如倍率性能差、循環(huán)壽命短、首次不可逆容量高等，這些不足嚴(yán)重制約了其工業(yè)應(yīng)用。針對(duì)這些問(wèn)題，本論文以增強(qiáng)材料導(dǎo)電性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為目的，通過(guò)與碳材料結(jié)合、制備不同形貌與納米尺寸以及構(gòu)建復(fù)合材料的方法來(lái)獲得高性能的鐵氧化物負(fù)極材料。

2、r>　　通過(guò)水熱法和逐層沉積法成功制備了具有立方體狀形貌的核-雙殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@(C-MnO2)復(fù)合材料。該復(fù)合材料是以Fe3O4為核及無(wú)定形碳與針/絮狀納米MnO2為雙層殼的立方體結(jié)構(gòu)。該復(fù)合材料的比表面積大，且材料中的碳可增強(qiáng)導(dǎo)電性并起緩沖作用，同時(shí)，針/絮狀MnO2也可緩沖電極材料在循環(huán)過(guò)程中的體積變化并防止材料出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚與粉化現(xiàn)象，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能。在電流密度為100mA/g下循環(huán)150次后容量仍可保持979mAh

3、/g，且在2000mA/g的高電流密度下，容量也可達(dá)630mAh/g。
　　通過(guò)模板法和表面沉積法成功制備了多孔空心核殼α-Fe2O3@TiO2納米球負(fù)極材料。該復(fù)合材料是細(xì)小TiO2納米顆粒沉積在α-Fe2O3納米球表面的核殼空心球結(jié)構(gòu)。相比較于α-Fe2O3納米空心球，α-Fe2O3@TiO2復(fù)合材料的表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此，具有優(yōu)異的儲(chǔ)鋰/鈉性能，表明TiO2對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有著重要作用。
　　通過(guò)一步共沉淀法成功制備了

4、Fe3O4/graphene負(fù)極材料，該合成方法較傳統(tǒng)的制備方法簡(jiǎn)單，且綠色環(huán)保，無(wú)需高溫處理等步驟。研究表明，F(xiàn)e3O4納米顆粒均勻地負(fù)載在石墨烯表面或嵌在石墨烯之間，有利于縮短Li+/Na+的擴(kuò)散距離，且有效地解決了材料電子電導(dǎo)性差及體積變化大的問(wèn)題，并防止了Fe3O4材料出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚與粉化現(xiàn)象，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鋰/鈉性能。
　　通過(guò)原位沉積法成功制備了MWCNTs/α-Fe2O3@TiO2(MCFT)復(fù)合材料，在同樣條件

5、下也合成了MWCNTs/α-Fe2O3(MCF)作為對(duì)比。MCFT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有TiO2包覆著的α-Fe2O3納米顆粒均一且緊密地負(fù)載在MWCNTs表面，這不僅能增強(qiáng)導(dǎo)電性、縮短Li+擴(kuò)散距離，而且能增大比表面積、緩沖體積變化、防止α-Fe2O3團(tuán)聚及粉化，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能。200mA/g下，MCFT的容量保持穩(wěn)定，而MCF的出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，循環(huán)200次后前者的容量仍可達(dá)770mAh/g，而且在1000mA/g下MCFT仍保持67