鐵基化合物-碳納米復合材料的合成及其儲鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種能源存儲和轉換裝置，是新能源開發(fā)和可持續(xù)利用的重要組成部分之一，極大地促進了人民生產(chǎn)生活方式的改變和社會的發(fā)展。然而，隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，當前對鋰離子電池的能量密度、循環(huán)性能、倍率性能以及安全性提出了更高的要求。因此研發(fā)新型電極材料，尋找具有高功率密度和高能量密度的新型鋰離子電池電極材料是迫不及待的。
　　過渡金屬化合物具有優(yōu)秀的儲鋰潛能，從而具有實際應用的重要研究價值，其中以過渡金屬元素鐵組成的化合物得到

2、了廣泛的研究。然而到目前為止，鐵基化合物電極材料并沒有得到大規(guī)模的實際應用，主要原因是其材料本身導電性差以及充放電過程體積膨脹過大造成材料的破壞。所以納米工程化當前的鐵基化合物或者加入一些導電性強的物質(zhì)形成復合材料能改善鐵基化合物本身的導電性，緩解電極材料的體積膨脹，從而增強其電化學性能。
　　本論文中通過有目的地設計和表征，控制合成了兩種鐵基化合物碳納米復合材料，深入研究了兩種納米復合材料制備過程中的反應機理、復合材料的物相結構

3、和微觀形貌。通過恒電流充放電測試、循環(huán)伏安測試等手段對其電化學性能進行了測試考察并優(yōu)化實驗方案，最終獲得了高比容量、循環(huán)倍率性能優(yōu)秀的新型電極材料。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.石墨烯包覆Fe3O4納米棒自組裝介孔雜化復合物作為高性能鋰離子電池負極材料。通過一種兩步法簡單合成含有75％Fe3O4納米棒和25％rGO介孔雜化復合物，這種復合材料通過表征確定在rGO和金屬氧化物之間存在共價鍵作用，金屬氧化物納米棒被rGO所包裹，同時自組

4、裝成一種整體的層狀連續(xù)介孔結構。這種材料已經(jīng)作為鋰離子電池負極通過系統(tǒng)地測試，循環(huán)250圈之后在500 mA g-1下放電比容量達到1053mAh g-1，在1000-5000mAg-1高電流密度下具有788-541 mAh g-1的優(yōu)秀的倍率性能。
　　2.金屬有機框架衍生硫化鐵-碳核殼納米棒作為轉換型電池材料。通過使用溫和的一步固相法硫化一種鐵基金屬有機框架前驅(qū)體合成核殼納米結構的C@Fe7S8納米棒復合物。該復合物由13％的