鐵系化合物電極材料的合成及電化學(xué)性能研究.pdf

1、研究性能優(yōu)良、環(huán)境友好的高能電池對電池的發(fā)展將會起到一定的推動作用。因此本論文對高鐵酸鉀、氧化鐵和羥基氧化鐵三種材料的合成及其電化學(xué)性能進行了研究。通過用次氯酸鹽氧化法合成了高鐵酸鉀，運用電化學(xué)測試方法對高鐵酸鉀分別在高、低電位區(qū)間進行了系統(tǒng)的電化學(xué)性能研究。電化學(xué)研究顯示，高鐵酸鉀在高電位區(qū)間(0.5～4.3V)充放電，最高放電容量可達403mAh/g，接近理論比容量(406mAh/g)，但是其放電容量主要集中在低電位區(qū)間(0.5～1

2、.0V)，并且循環(huán)性能較差，因此高鐵酸鉀不太適合作鋰離子電池正極材料；在低電位區(qū)間(0.01～2V)的充放電測試顯示，首次放電容量可以達到1100mAh/g以上，在隨后的循環(huán)中，容量衰減了約600mAh/g，但到50周時，容量還能達到200mAh/g以上，并且放電平臺電壓在0.7V左右，說明高鐵酸鉀作為鋰離子電池負極材料具有潛在的前景。通過對高鐵酸鉀電化學(xué)反應(yīng)機理的初步研究，表明其充放電機理是氧化還原反應(yīng)機理。 鐵氧化物是以Fe

3、Cl3·6H2O和NaOH為原料，在無表面活性劑的情況下，采用水熱途徑合成的，研究了不同水熱時間、水熱溫度和體系的酸堿度對最終生成產(chǎn)物的組成、形貌和顆粒大小的影響。結(jié)果表明，一般情況下，水熱溫度90℃時，生成的產(chǎn)物是β-FeOOH，呈紡錘狀；110℃和130℃時，產(chǎn)物是α-Fe2O3，呈準立方體形狀。水熱溫度越高，產(chǎn)物顆粒越均勻。對于不同條件下不同產(chǎn)物形成機理的探討表明，鐵氧化物的主要形成過程如下：首先是FeCl3溶液的快速水解形成鐵聚

4、合物Fe8(OOH)16Cl1.3，再經(jīng)由水熱條件形成β-FeOOH。β-FeOOH再轉(zhuǎn)化為α-FeOOH，進一步脫水形成α-Fe2O3。 在研究合成的基礎(chǔ)上，同時對合成的產(chǎn)物α-Fe2O3和β-FeOOH進行了電化學(xué)性能研究。電化學(xué)研究結(jié)果顯示，α-Fe2O3首次放電容量1360mAh/g，盡管在首次放電之后，有較大的容量損失，但循環(huán)50周后，放電容量仍然在300mAh/g以上，這說明α-Fe2O3具有較好的電化學(xué)循環(huán)性能。β