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

1、l 單位代碼 1 0 4 7 6l 學(xué) 號(hào) 1 4 0 3 1 8 3 0 3 9分類號(hào) 0 6 4 6 5南衙箍大孝碩士學(xué)位論文具有微納結(jié)構(gòu)的鐵基負(fù)極材料的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究學(xué)科、專業(yè)研究方向申請(qǐng)學(xué)位類別申 請(qǐng) 人指導(dǎo)教師化學(xué)電化學(xué)理學(xué)碩士李凡李苞副教授二。一七年四月摘要鋰離子電池鐵基負(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程中體積變化較大使得材料的倍率性能較差并

2、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(fù)極漿料) ；另外作為負(fù)極材料充放電

3、時(shí)表面形成電子絕緣的固體電解質(zhì)界面膜( S E I 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( F e S 2 、F e 2 0 3 、F e 3 0 4 ) 。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；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

4、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F e S 2 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N 2 和H 2 S 混合氣氛下分別在3 0 0 、4 5 0 和8 0 0o C 熱處理得到產(chǎn)物。結(jié)構(gòu)和形貌結(jié)果表明3 0 0 o C 熱處理得到的樣品是F e S 2 并能夠充分保持鐵醇鹽中間體的形貌，結(jié)晶度較高。4 5 0 0 C 熱處理得到的樣品也是F e S 2 ，但表面變成多孔狀

5、結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度更高。8 0 0 o C 熱處理得到的樣品卻是F e 9 S l o ，并且不再具有鐵醇鹽的形貌，X R D 圖譜的信噪比明顯下降。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，在2 0 0 m A g “ 1 放電倍率下3 0 0 0 C 時(shí)的產(chǎn)物具有1 4 8 4 ．3m A h g d 的放電比容量，高于4 5 0 和8 0 0o C 的產(chǎn)物( 1 3 2 6 ．7a n d9 3 4 m A h g - 1 ) ；另外，1 0 0 次充放電循

6、環(huán)后( 2 0 0m A g - 1 ) 3 0 0 o C 產(chǎn)物的放電比容量為4 8 0 ．8m A hg ～，遠(yuǎn)高于另外兩個(gè)樣品放電比容量( 2 1 5 ．8 和8 9 ．7 m A h g - 1 ) 。( 2 ) 具有微納結(jié)構(gòu)的F e 2 0 a 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3 0 0 、4 5 0 和8 0 0 o C 熱處理，得到F e 2 0 3 負(fù)極材料。結(jié)構(gòu)與形貌結(jié)果表