碳包覆鐵化合物復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的原位熱解合成及其儲(chǔ)鋰性能.pdf

1、鋰離子電池作為一種綠色無污染的能源存儲(chǔ)設(shè)備，受到了人們的廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，極大地改善了人們的生產(chǎn)生活方式，促進(jìn)了了社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展。然而，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)鋰離子電池的性能提出了更高的的要求。提升鋰離子電池性能的主要方法就是通過研發(fā)一種新型的電極材料，來實(shí)現(xiàn)鋰電池性能的大幅度提升。過渡金屬化合物由于其獨(dú)特的儲(chǔ)鋰機(jī)理而有希望成為這種新型的電極材料。其中以鐵為過渡金屬元素組成的化合物受到了廣泛的研究，但是由于其電導(dǎo)率低、充放電時(shí)體積

2、變化較大，易造成電池循環(huán)穩(wěn)定能差、倍率性能差，從而限制了它們的應(yīng)用。通過與納米碳材料復(fù)合形成一種碳包覆過渡金屬化合物的結(jié)構(gòu)可以極大地改善其缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
　　本課題的目的是通過一種簡(jiǎn)單、方便的方法來合成出碳包覆的納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)FeF2和FeS的表面改性，充分利用它們的電化學(xué)性能，提升其作為鋰離子電池電極材料時(shí)的性能。
　　首先，分別通過二茂鐵與氟化銨以及升華硫的原位熱解反應(yīng)一步制備出兩種碳包覆復(fù)合納米材料，即碳

3、納米管包覆FeF2納米棒(FeF2@CNTs)結(jié)構(gòu)以及“sheet on sheet”型石墨烯負(fù)載的石墨烯包覆FeS納米片(FeS@G/G)，并通過對(duì)比不同反應(yīng)條件的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，探討并推測(cè)了兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)的生成機(jī)理:(1) FeF2@CNTs結(jié)構(gòu)的生成主要是依靠FeF2納米棒與碳管的協(xié)同生長(zhǎng)機(jī)制，即氟化銨中的氟離子與二茂鐵中的鐵反應(yīng)生成FeF2納米棒，同時(shí)，F(xiàn)eF2納米棒催化碳原子在其表面生長(zhǎng)，形成納米管結(jié)構(gòu)，形成的納米管結(jié)構(gòu)又會(huì)促進(jìn)納米棒

4、的一維生長(zhǎng)，最終形成FeF2@CNTs結(jié)構(gòu)。(2)FeS@G/G結(jié)構(gòu)的生成分為兩步:首先，二茂鐵與硫發(fā)生反應(yīng)形成無定型炭納米片負(fù)載FeS顆粒結(jié)構(gòu);然后，無定形炭納米片結(jié)晶發(fā)育成石墨烯片納米片，而附著子炭納米片F(xiàn)eS顆粒熔并生長(zhǎng)成FeS納米片，并催化石墨烯包覆層的生長(zhǎng)，最終形成“sheet-on-sheet”型石墨烯負(fù)載的石墨烯包覆FeS納米片。
　　通過電化學(xué)測(cè)試分別考察了兩種材料作為鋰電池電極材料時(shí)的儲(chǔ)鋰性能，發(fā)現(xiàn)兩種電極材料均

5、表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲(chǔ)鋰容量，較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能:
　　(1)在50mAg-1電流密度下，F(xiàn)eF2@CNTs納米棒的首次可逆容量是263mAhg-1，循環(huán)50次后，容量幾乎沒有衰減，表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲(chǔ)鋰容量和循環(huán)穩(wěn)定性。在1Ahg-1時(shí)，首次可逆容量是133mAhg-1，50次循環(huán)后，容量保持在93mAhg-1，表現(xiàn)出了良好的倍率性能。
　　(2)在50mAg-1電流密度下，F(xiàn)eS@G/G納米片的首次可逆容量可以達(dá)到934.