鋰離子電池鐵氧化物負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對能源的要求越來越高，能源問題已經(jīng)成為影響人類生存的主要因素之一。鋰離子電池的應(yīng)用極大地促進(jìn)了能源的發(fā)展，直至今天，鋰離子電池已經(jīng)顯現(xiàn)出它的巨大潛力，成為了一種具有新性能、節(jié)能型、清潔型的新一代電池。為了達(dá)到鋰離子電池理想的性能，其中對負(fù)極材料要求首先具有較高的嵌脫鋰離子的能力，其次對負(fù)極材料要求是具有較高的離子電導(dǎo)率，最后要求負(fù)極材料的性能穩(wěn)定，不會因外界因素而使性能發(fā)生變化。
　　本論文主要研究鐵氧

2、化物負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及在鋰離子電池中的應(yīng)用。通過共沉淀法、水熱法、熔鹽法制備了不同形貌和晶相組成的鐵氧化物納米材料。通過X射線衍射分析(XRD)以及掃描電子顯微鏡(SEM)等表征方法對產(chǎn)物進(jìn)行表征，研究了在不同的制備方法和不同的實驗條件下對氧化鐵納米材料形貌和結(jié)構(gòu)的影響，最后通過藍(lán)電(LAND)電池測試系統(tǒng)，對電極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。主要研究工作如下：
　　(1)用共沉淀法制備不同質(zhì)量比的鎳摻雜 Fe2O3納米顆粒，所

3、摻鎳的質(zhì)量比分別為1％、3%、5%。采用氫氧化鈉沉淀劑制備得到的鎳摻雜 Fe2O3納米顆?；旧铣是蛐?，分散性較好，顆粒分布較均勻，顆粒尺寸很小，大致在幾個納米左右。而采用氨水為沉淀劑制備得到的鎳摻雜Fe2O3納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重。實驗結(jié)果表明以氫氧化鈉為沉淀劑，摻鎳的質(zhì)量比為3%，煅燒溫度為500℃時得到的鎳摻雜Fe2O3納米顆粒材料具有較好的充放電性能，首次放電比容量達(dá)到1319.9mAh/g，經(jīng)過30次充放電循環(huán)后，放電比容量

4、保持在524.3mAh/g。
　　(2)采用水熱法制備了MgFe2O4納米顆粒：①研究了在相同煅燒溫度，不同的水熱溫度下MgFe2O4材料微觀結(jié)構(gòu)及其形貌的變化。②研究了在相同的水熱溫度(180℃)下，隨著煅燒溫度的升高，MgFe2O4材料的的平均粒徑從74±7nm增大到129±4nm，單個MgFe2O4納米顆粒相互粘結(jié)且分布均勻，隨著煅燒溫度的升高使MgFe2O4晶粒細(xì)化，得到均勻的納米顆粒。實驗結(jié)果表明當(dāng)煅燒溫度為600℃，水

5、熱溫度為180℃時得到樣品的綜合電化學(xué)性能最優(yōu)，首次放電比容量達(dá)到712.6mAh/g，經(jīng)過30次充放電循環(huán)后，放電比容量保持在363.6mAh/g。
　　(3)采用熔鹽法制備了α-Fe2O3納米顆粒，并以葡萄糖和檸檬酸為碳源制備了碳包覆氧化鐵材料。當(dāng)煅燒溫度為850℃時，合成的α-Fe2O3納米顆粒呈現(xiàn)出類似準(zhǔn)立方體形貌，顆粒分散性較好且分布較均勻。可見，隨著煅燒溫度的升高，可以使產(chǎn)物晶化更完全，生成的晶體結(jié)構(gòu)更完整，進(jìn)一步說明

6、較高的煅燒溫度有利于晶體的生長。采用葡萄糖和檸檬酸為碳源，初始容量分別為1370.6mAh/g和1245.1mAh/g，高于理論容量。經(jīng)過30次充放電循環(huán)后，放電比容量分別保持在589.8mAh/g和627.8mAh/g，而沒有碳包覆的α-Fe2O3納米顆粒初始容量為1085.9mAh/g，經(jīng)過30次充放電循環(huán)后，放電比容量保持在351.3mAh/g，結(jié)果可以歸因于無定形碳層能夠保持活性材料的電極連接，從而有利于鋰離子和電子運輸，同時碳