具有微納結構的鐵基負極材料的制備及其儲鋰性能研究

1、l 單位代碼 1 0 4 7 6l 學 號 1 4 0 3 1 8 3 0 3 9分類號 0 6 4 6 5南衙箍大孝碩士學位論文具有微納結構的鐵基負極材料的制備及其儲鋰性能研究學科、專業(yè)研究方向申請學位類別申 請 人指導教師化學電化學理學碩士李凡李苞副教授二。一七年四月摘要鋰離子電池鐵基負極材料以其理論比容量高、儲量大、環(huán)境友好、成本較低等特點受到廣泛地關注。但是，其自身電導率不高以及在充放電過程中體積變化較大使得材料的倍率性能較差并

2、且長期循環(huán)時容量衰減嚴重。納米材料具有較大的比表面積，因而具有特異的化學和物理性能，一直是研究的焦點之一。用作負極的納米材料可以有效縮短質荷傳輸距離，提高電化學反應以及緩沖鋰離子嵌／脫時產生的應力，因而使得納米負極材料成為研究熱點。為了改善鐵基負極材料的電化學性能，人們合成了一些具有特殊形貌的納米材料，包括納米線、納米針、納米棒、空心納米球、納米管等。但是這些材料的后期加工性能不如微米材料好( 如制備負極漿料) ；另外作為負極材料充放電

3、時表面形成電子絕緣的固體電解質界面膜( S E I 膜) ，使得孤島狀的顆粒之間的導電性能不佳。本文以具有花狀微納結構的鐵醇鹽為反應中間體，在一定氣氛下燒結制備相應形貌的鐵基負極材料( F e S 2 、F e 2 0 3 、F e 3 0 4 ) 。一方面，鐵醇鹽的納米片可以降低燒結溫度，從而使得產物保持中間體的形貌；另一方面，具有微納結構的負極材料，既擁有納米材料的優(yōu)點，同時具有微米顆粒的良好加工性能。因此，所制備的材料表現(xiàn)出較大的

4、比容量和良好的循環(huán)性能。具體研究內容如下：( 1 ) 具有微納結構的F e S 2 合成及其儲鋰性能研究：將具有花狀微納結構的鐵醇鹽放入管式爐中，在N 2 和H 2 S 混合氣氛下分別在3 0 0 、4 5 0 和8 0 0o C 熱處理得到產物。結構和形貌結果表明3 0 0 o C 熱處理得到的樣品是F e S 2 并能夠充分保持鐵醇鹽中間體的形貌，結晶度較高。4 5 0 0 C 熱處理得到的樣品也是F e S 2 ，但表面變成多孔狀

5、結構，結晶度更高。8 0 0 o C 熱處理得到的樣品卻是F e 9 S l o ，并且不再具有鐵醇鹽的形貌，X R D 圖譜的信噪比明顯下降。電化學測試結果顯示，在2 0 0 m A g “ 1 放電倍率下3 0 0 0 C 時的產物具有1 4 8 4 ．3m A h g d 的放電比容量，高于4 5 0 和8 0 0o C 的產物( 1 3 2 6 ．7a n d9 3 4 m A h g - 1 ) ；另外，1 0 0 次充放電循

6、環(huán)后( 2 0 0m A g - 1 ) 3 0 0 o C 產物的放電比容量為4 8 0 ．8m A hg ～，遠高于另外兩個樣品放電比容量( 2 1 5 ．8 和8 9 ．7 m A h g - 1 ) 。( 2 ) 具有微納結構的F e 2 0 a 合成及其儲鋰性能研究：將具有花狀微納結構的鐵醇鹽放入馬弗爐中，空氣氣氛下分別在3 0 0 、4 5 0 和8 0 0 o C 熱處理，得到F e 2 0 3 負極材料。結構與形貌結果表