鐵基氧化物及其與石墨烯復合材料的制備和電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長以及對環(huán)境友好等優(yōu)點，廣泛應用于便攜式設備和電動/混合動力汽車。過渡金屬氧化物中的鐵基氧化物(Fe2O3、Fe3O4)由于具有理論容量高、無毒、價格低廉、安全性好等優(yōu)點，是一種比較有前途的鋰離子負極材料，并引起研究者的廣泛關注。然而鐵基氧化物作為鋰離子電池負極材料存在一些問題，在充放電過程中會產(chǎn)生嚴重的體積形變導致循環(huán)性能差，以及自身導電率低，首次不可逆容量損失的多。目前主要有以下兩種策略對其電化

2、學性能進行改善：一是納米結構化，另外一種方法是制備鐵基氧化物與碳復合材料來保持結構的穩(wěn)定性，提高鐵基氧化物的導電性?；谝陨系年P鍵科學問題，本文采用水熱法合成Fe2O3納米盤，通過在空氣中煅燒合成多孔 Fe2O3納米盤，在氫氬混合氣（H2含量為5％）中煅燒制備多孔 Fe3O4納米盤。利用水熱法原位合成石墨烯與鐵基氧化物的復合材料，并研究了復合材料的電化學性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以硝酸鐵為鐵源，尿素為沉淀劑，丙三醇和水為溶

3、劑，通過水熱法合成暴露(001)晶面的 Fe2O3納米盤。研究結果表明：溫度、尿素的量以及水量會影響材料的結構和形貌。尿素起均相沉淀劑的作用，丙三醇在納米盤形成過程中起主要作用，吸附在(001)晶面上，抑制了(001)晶面的生長。Fe2O3納米盤的形成機理為：沉淀-溶解-定向生長，也就是小顆粒溶解，再結晶，然后沿著垂直[001]方向生長形成暴露(001)晶面的納米盤。Fe2O3前軀體在空氣氛下煅燒之后形成多孔Fe2O3納米盤，由于暴露的

4、(001)面能夠接受更多的鋰離子和小尺寸效應，促進了電子和離子的傳輸。納米盤結構中的納米孔在充放電過程中緩解材料體積的變化，使材料更加穩(wěn)定。前軀體在氫氬混合氣下煅燒得到Fe3O4納米盤，進一步提高其電子電導率，電化學性能得到很大提高。⑵在上述制備Fe2O3納米盤的基礎上，通過水熱法原位合成Fe2O3納米片和RGO的復合物。結果表明：石墨烯的引入并沒有改變Fe2O3的形貌和結構，F(xiàn)e2O3納米片均勻地分散到石墨烯上。由于石墨烯具有優(yōu)異的導

5、電性，極大地提高了復合材料的電化學性能。通過對石墨烯加入量的優(yōu)化，當RGO含量為22.3%時，該復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在5A/g的電流密度下有560mAh/g的放電比容量；在500mA/g的電流密度下充放電50次后仍保留850 mAh/g的放電比容量。⑶利用H2O2在Fe3+和有機酸性條件下通過改變尿素和 H2O2的量合成了 Fe3O4納米顆粒與石墨烯的復合材料。研究發(fā)現(xiàn)，隨著H2O2量的增加，顆粒的尺寸先減小后增大；