鐵基鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其儲(chǔ)鋰性能的研究.pdf

1、鋰離子電池體系經(jīng)過不斷的完善，日漸成熟，已被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。科技的進(jìn)步，尤其是混合動(dòng)力車的不斷發(fā)展，對(duì)于鋰離子電池的性能人們提出了更高的要求。目前以碳類材料為負(fù)極材料的鋰離子電池，己不能滿足人們的需求。而鐵基材料由于具有較高的理論容量、良好的安全性能和較高自然儲(chǔ)量受到人們的廣泛關(guān)注。但鐵基材料導(dǎo)電性能差，而且循環(huán)充放電中的體積效應(yīng)將導(dǎo)致電極材料的粉化，與集流體分離，使其電化學(xué)性能快速衰減。因此，緩解鐵基材料在循環(huán)嵌鋰時(shí)產(chǎn)生的體積變

2、化和提高電極穩(wěn)定性、導(dǎo)電性成為了鐵基材料研究的關(guān)鍵點(diǎn)。大量的研究結(jié)果表明，中空化、納米化、合金化、與碳材料復(fù)合等多種手段都是改進(jìn)鐵基材料性能的有效方法。但是，單一地使用任何一種方法都不能長(zhǎng)足地改善材料的性能，若能將幾種方法相結(jié)合，同時(shí)結(jié)合其他類型的材料構(gòu)成復(fù)合材料，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，則有望更好地改進(jìn)材料的各方面的性能。基于以上考慮，本論文以鐵基材料為研究對(duì)象，從三個(gè)方面對(duì)鐵基材料進(jìn)行了改進(jìn)研究。
　　(1)通過混合溶劑熱的方法制備中空

3、 Fe3O4微球（H-Fe3O4），該實(shí)驗(yàn)中使用乙二醇/二乙二醇（EG/DEG=1/1)混合溶劑，聚乙二醇(PEG)作為表面穩(wěn)定劑。通過SEM和TEM分析，我們將 H-Fe3O4微球的合成機(jī)理總結(jié)為：導(dǎo)向聚集和Ostwald熟化機(jī)理的共同作用；得益于中空結(jié)構(gòu)能緩解充放電過程中的體積變化，H-Fe3O4微球的循環(huán)穩(wěn)定性明顯提升。
　　(2)通過兩步法制備了二維碳包覆空心 Fe3O4/氧化石墨烯納米片復(fù)合材料(H-Fe3O4@/GNS

4、)。通過 SEM及 TEM表征發(fā)現(xiàn) H-Fe3O4@C/GNS復(fù)合材料中，H-Fe3O4微球均勻的分布在GNS表面，GNS的存在防止了 H-Fe3O4微球團(tuán)聚，緩解充放電過程中 H-Fe3O4微球的體積變化，提高復(fù)合材料的導(dǎo)電能力； H-Fe3O4微球表面包覆一層碳，與 GNS一起形成雙層導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，碳層的存在防止了充放電過程中形成的鐵單質(zhì)對(duì)于電解液薄膜的催化作用，促進(jìn)了穩(wěn)定的 SEI薄膜的形成，使得 H-Fe3O4@C/GNS復(fù)合材料在

5、1C和10C下仍表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，更能滿足目前的市場(chǎng)需求。
　　(3)通過一步離子置換反應(yīng)在低溫下制備了MnxFe3-xO4/GNS復(fù)合材料。通過XRD及XPS分析了MnxFe3-xO4立方晶的形成過程，得出的結(jié)論是：Fe2+首先置換的Mn3O4晶體中的Mn3+，并且隨著 Fe2+濃度的提高，Mn2+也被置換出來；由于 MnxFe3-xO4立方晶尺寸小且中空，具有更大的比表面積，復(fù)合材料表現(xiàn)出較大的可逆比容量和出眾的循環(huán)性能