新型鐵基高容量鋰離子電池負(fù)極材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著手機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、電動(dòng)工具等日益普及，以及電動(dòng)車、儲(chǔ)能市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)高輸出功率的鋰二次電池的需求不斷增長，而商業(yè)化的碳負(fù)極材料由于理論容量（372 mAh g-1）低，已經(jīng)無法滿足需求，人們開始對(duì)其他高比容量的非碳負(fù)極材料進(jìn)行了積極地開發(fā)。而過渡金屬氧化物納米負(fù)極材料因具有高比容量、價(jià)格低廉、自然儲(chǔ)存量豐富、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，被認(rèn)為是替代商業(yè)化碳負(fù)極材料最有前景的材料之一。但過渡金屬氧化物材料本身的電子導(dǎo)電性和鋰離子擴(kuò)散速率比

2、較低，并且在嵌/脫鋰過程中材料有很大的體積效應(yīng)，導(dǎo)致倍率性能和循環(huán)性能較差，限制了其實(shí)際應(yīng)用。將過渡金屬氧化物制成具有特殊形貌的納米結(jié)構(gòu)和/或制備復(fù)合納米結(jié)構(gòu)可以提高其倍率性能和循環(huán)性能。這是因?yàn)榫哂刑厥庑蚊驳募{米材料擁有大的比表面積，擴(kuò)大了活性物質(zhì)與電解液的接觸面積，縮短了電子和鋰離子的轉(zhuǎn)移路徑;將過渡金屬氧化物與碳材料納米復(fù)合化不僅增加了材料的電子導(dǎo)電率，加快電子和鋰離子的移動(dòng)速率，而且可以有效緩解嵌/脫鋰過程中產(chǎn)生的體積膨脹。因此

3、，改進(jìn)處理后的過渡金屬氧化物負(fù)極材料有望具有高倍率性能、高循環(huán)性能，成為滿足高輸出功率的鋰二次電池的新型高容量負(fù)極材料。本論文主要研究了鐵基過渡金屬氧化物Fe3O4、 CoFe2O4、 Fe2O3體系的制備及電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能。
　　1)巧妙的利用苯胺原位聚合法在泡沫鎳表面上直接生長Fe3O4-PANI復(fù)合材料，然后進(jìn)行熱退火，制備了鋰離子電池?zé)o粘連劑集成電極(Ni@Fe3O4-C)。經(jīng)過熱處理聚苯胺原位轉(zhuǎn)化為無定形碳，可以有效阻止高

4、溫處理所導(dǎo)致的粒子團(tuán)聚，并原位形成了碳包覆的Fe3O4納米顆粒;聚苯胺碳化形成的三維碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證了充放電過程中電子的有效快速移動(dòng)。Ni@Fe3O4@C的獨(dú)特結(jié)構(gòu)有效地提高了其電化學(xué)性能，當(dāng)電流密度為100 mAg-1時(shí)，經(jīng)過30個(gè)循環(huán)后Ni@Fe3O4-C的容量仍保持在859.3mAh g-1，與初始容量相比，其容量保持率為98.3％，顯示了良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高的比容量。
　　2)利用自模板法通過Kirkendall效應(yīng)制備一

5、維中空結(jié)構(gòu)的三元過渡金屬氧化物CoFe2O4納米管。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，CoFe2O4納米管具有良好的儲(chǔ)鋰性能，在電流密度為100 mA g-1時(shí)，循環(huán)100個(gè)周期后仍保持著988mAhg-1的高充電比容量，和首次循環(huán)比容量（1036 mAh g-1）相比較，容量保持率為95％，并且由于特定的中空管狀結(jié)構(gòu)和大的表面積其實(shí)際容量高于CoFe2O4的理論容量。在1Ag-1的高倍率下充放電時(shí)，循環(huán)500次容量仍保持在680 mAh g-1，