Fe2Ti3O9固溶體的制備、形貌控制及其儲鋰性能的研究.pdf

1、研究人員積極開發(fā)、研究新型的鋰離子電池負(fù)極材料，以期獲得高容量、循環(huán)穩(wěn)定且安全性能可靠地理想材料。減小材料的尺寸、增大其表面積，制備特殊結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料（空心納米管、薄膜、納米線等），可以一定程度上增加鋰離子的脫嵌量，從而提高材料的電化學(xué)性能。
　　 本文通過水熱法制備了Fe2Ti3O9固溶體材料，并研究了其電化學(xué)儲鋰性能;采用強(qiáng)堿溶劑熱法將Fe2Ti3O9固溶體材料進(jìn)行處理，制備了片狀和納米棒狀的材料，并進(jìn)一步探討了樣品形貌的轉(zhuǎn)

2、變機(jī)理和電化學(xué)儲鋰性能;采用不同比例的導(dǎo)電劑添加量，考察了導(dǎo)電劑對負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響。
　　 研究表明Fe2Ti3O9固溶體材料第50次的放電比容量為334.6mAh/g，充電比容量為330.7mAh/g，庫侖效率為98.8％;經(jīng)50次循環(huán)后，仍有93.7％的充電比容量保持率，平均每次循環(huán)衰減僅為0.446mAh/g。該電極在循環(huán)50次后仍有330.7mAh/g的充電比容量，遠(yuǎn)高于TiO2的比容量（理論值為168mAh/g

3、），這就說明氧化鐵已經(jīng)充分發(fā)揮了其高比容量的性質(zhì)。
　　 通過控制水熱溫度不變(200℃)，改變反應(yīng)時(shí)間(12h、24h、36h、48h)，制得了一系列樣品，對其進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn):隨著反應(yīng)時(shí)間的提高，樣品的形貌由原來的顆粒先熔并為片狀，然后形成片層組裝成的球狀結(jié)構(gòu)，繼而長大為棒狀結(jié)構(gòu)，最后棒狀結(jié)構(gòu)熔并、重新分化形成納米棒。電化學(xué)性能測試表明，經(jīng)過200℃12h和24h堿處理的樣品穩(wěn)定比容量明顯高于堿處理之前的比容量，這是因?yàn)閴A處理后

4、固溶體形成了片以及由片組裝成的棒和球，部分球?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)，增大了比表面積，故容量有所提高。而經(jīng)過200℃36h和48h堿處理樣品的穩(wěn)定比容量略低于堿處理之前固溶體的比容量，這是因?yàn)閴A處理后固溶體形成了直徑較大的桿，不利于鋰離子的嵌入和脫出。
　　 通過控制水熱反應(yīng)時(shí)間不變(48h)，改變反應(yīng)溫度(140℃、160℃、180℃、200℃)，將所得的樣品進(jìn)行表征，得到如下結(jié)論:溫度升高，材料的形貌由片狀逐漸向納米棒狀轉(zhuǎn)變。電化學(xué)測試表

5、明，140℃48h和200℃48h的樣品穩(wěn)定性很好，比容量較其他樣品略低，這是由于140℃48h的樣品堆垛密度大，200℃48h的樣品中納米棒較厚且為實(shí)心，都不利于鋰離子的嵌入與脫出。而160℃48h和180℃48h的樣品中有部分納米線存在，在一定程度上增加了片層之間的距離和樣品的比表面積，所以其比容量相對高一些。
　　 考察了導(dǎo)電劑（乙炔黑）的添加量對活性物質(zhì)電化學(xué)容量的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)乙炔黑的添加量從10％增加至35％時(shí)，樣品的