鋰離子電池負(fù)極材料FeS2的電化學(xué)性能改善.pdf

1、黃鐵礦型FeS2具有比容量高（890mAhg-1）、價格低廉和綠色環(huán)保等優(yōu)點，被認(rèn)為是具有潛力的鋰離子電池負(fù)極材料之一。本文主要針對FeS2的缺點，通過形貌控制和表面修飾對其電化學(xué)性能進(jìn)行改善研究。
　　采用固相燒結(jié)法，以草酸亞鐵和升華硫為原料，在中等溫度下制備了FeS2材料。通過改變球磨時間和煅燒時間，獲得了不同顆粒尺寸的實心FeS2和多孔FeS2。研究發(fā)現(xiàn)多孔FeS2在循環(huán)初期具有較高的放電比容量，但后期容量衰減較快，這可能是

2、在循環(huán)過程中其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定所引起。當(dāng)前驅(qū)體的球磨時間為2、8、16、30和55h時，煅燒得到的FeS2粉末的平均粒徑分別為1.43、0.96、0.28、0.078和0.071μm。與其他材料相比，0.28μm大小的FeS2粉體具有較高的放電比容量、庫倫效率、較小的極化和較高的動力學(xué)性能。在0.1C倍率下30次循環(huán)后，它的可逆比容量為420mAhg-1。CV，EIS和循環(huán)后電極的SEM等測試表明，其良好的電化學(xué)性能是由于其緊密堆積的狀態(tài)，

3、較好的電接觸和相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。另外，納米顆粒FeS2（0.078和0.071μm）和乙炔黑、粘結(jié)劑的不均勻混合以及不緊密的堆積，減少了反應(yīng)接觸面積，造成了較差的電化學(xué)性能。
　　通過水熱法，在CTAB參與反應(yīng)的情況下，制備了表面呈齒狀的球形FeS2顆粒。而不添加CTAB所制備的FeS2顆粒呈不規(guī)則的形貌，有尖銳的棱角，顆粒大小約0.1-0.4μm。添加CTAB所制備的FeS2齒狀表面，增大了比表面積，同時其亞微米尺寸的結(jié)構(gòu)在充放電

4、循環(huán)過程中比較穩(wěn)定，倍率性能和循環(huán)性能得到了提高。
　　采用溶劑熱法，以PVP作為表面活性劑，合成了花苞狀球形FeS2等級結(jié)構(gòu)。花苞狀球形FeS2直徑大小為2-3μm，由2D的亞微米片疊加構(gòu)成。每個亞微米片寬度和長度尺寸約0.5-1μm，厚度約60nm。相比于不添加PVP所制備的FeS2顆粒，花苞狀FeS2材料表現(xiàn)出較大的首次比容量，較高的庫倫效率和較小的極化。循環(huán)伏安(CV)，恒電流間歇滴定技術(shù)(GITT)和交流阻抗譜(EIS)

5、分析結(jié)果表明，其電化學(xué)性能的提高歸因于花苞狀FeS2與電解液較大的接觸面積和較短的鋰離子擴散路徑，促進(jìn)了電極反應(yīng)動力學(xué)。
　　為了提高FeS2電極的導(dǎo)電性，采用原位法合成了FeS2-PANI復(fù)合材料。FeS2-PANI復(fù)合材料中納米管狀的PANI貫穿在FeS2顆粒之間。FeS2-PANI復(fù)合電極表現(xiàn)出了較小的極化，較好的反應(yīng)可逆性和循環(huán)性能。這是由于PANI的加入提高了電極的電接觸性，提供了較快的電荷傳輸路徑。此外，顆粒間的PAN

6、I能夠緩解充放電過程中引起的體積變化。
　　以葡萄糖作為碳源，原位合成了FeS2/C復(fù)合材料。碳層均勻的包覆在多孔FeS2顆粒表面。FeS2/C復(fù)合材料的循環(huán)性能明顯優(yōu)于FeS2電極。在0.05C倍率下50次循環(huán)后，F(xiàn)eS2/C復(fù)合電極的容量可高達(dá)495mAhg-1，而FeS2電極僅為345mAhg-1。通過對循環(huán)后電極的X射線光電子譜(XPS)、電感偶合等離子體發(fā)射光譜(ICP)和X射線衍射（XRD）分析，發(fā)現(xiàn)FeS2/C復(fù)合電