氧化鐵基負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有高能量密度，循環(huán)壽命長、自放電率低、高工作電壓、使用溫度范圍比較寬、沒有“記憶效應(yīng)”等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車以及新興智能網(wǎng)絡(luò)的新電源。目前商用的鋰離子電池負(fù)極材料以石墨材料為主，石墨的理論容量只有372 mAh g-1，無法滿足新一代高容量鋰離子電池的需要。相比于石墨材料，氧化鐵基負(fù)極材料（如Fe3O4、 Fe2O3、FeO等）具有更高的比容量。但是由于較差的電子導(dǎo)電性，氧化鐵基負(fù)極材料的倍率性能并不理想，并

2、且在充放電過程中伴隨著體積的巨大變化，從而導(dǎo)致容量的快速衰減。
　　為了提高氧化鐵基負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能，目前行之有效的方法有兩種，其一是減小氧化鐵的顆粒尺寸，從而縮短電子傳輸路徑和緩和電極粉化現(xiàn)象，其二是在氧化鐵表面包埋上導(dǎo)電炭，從而提高復(fù)合物的導(dǎo)電性和限制體積膨脹。本文以Fe3O4基負(fù)極材料為研究對象，著重于材料的制備及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，期望能夠制備出性能優(yōu)異的氧化鐵基負(fù)極材料。通過多種表征手段，如XRD、SEM、TEM、T

3、G、EDX以及XPS等，研究了電極材料的物質(zhì)組成、晶體結(jié)構(gòu)、尺寸大小和形貌以及表面化學(xué)性質(zhì)等對負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響。本論文主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)通過氨基酸輔助水熱法制備出納米尺度的菱形α-Fe2O3，分別采用水熱法和研磨法進(jìn)行炭包埋，得到了兩種類型的炭包埋Fe3O4復(fù)合材料，并進(jìn)行電化學(xué)性能測試。結(jié)果顯示炭包埋能有效提高其電化學(xué)性能，50次的循環(huán)容量由230 mAh g-1提高到660 mAhg-1，初次效率由49.

4、8％提高到67.4％。
　　(2)以多巴胺作為炭前驅(qū)體，通過溶液聚合法可在Fe2O3納米粒子表面包埋一層厚度可控、均勻連續(xù)、氮摻雜的無定形導(dǎo)電炭層，從而顯著提高電極材料的導(dǎo)電性、抑制電極粉化、防止氧化鐵納米顆粒的團(tuán)聚，0.5 A g-1下50次的循環(huán)可逆容量達(dá)到976 mAhg-1，初始效率為68.5％。
　　(3)通過“雙限域熱解法”制備了兩端開口的同軸炭包埋Fe3O4空心管復(fù)合材料，這種材料結(jié)合了炭包埋和空心結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)