碳包覆鐵化合物復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的原位熱解合成及其儲鋰性能.pdf

1、鋰離子電池作為一種綠色無污染的能源存儲設(shè)備，受到了人們的廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，極大地改善了人們的生產(chǎn)生活方式，促進了了社會的進步與發(fā)展。然而，隨著社會的不斷發(fā)展，人們對鋰離子電池的性能提出了更高的的要求。提升鋰離子電池性能的主要方法就是通過研發(fā)一種新型的電極材料，來實現(xiàn)鋰電池性能的大幅度提升。過渡金屬化合物由于其獨特的儲鋰機理而有希望成為這種新型的電極材料。其中以鐵為過渡金屬元素組成的化合物受到了廣泛的研究，但是由于其電導(dǎo)率低、充放電時體積

2、變化較大，易造成電池循環(huán)穩(wěn)定能差、倍率性能差，從而限制了它們的應(yīng)用。通過與納米碳材料復(fù)合形成一種碳包覆過渡金屬化合物的結(jié)構(gòu)可以極大地改善其缺點，從而實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
　　本課題的目的是通過一種簡單、方便的方法來合成出碳包覆的納米結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對FeF2和FeS的表面改性，充分利用它們的電化學(xué)性能，提升其作為鋰離子電池電極材料時的性能。
　　首先，分別通過二茂鐵與氟化銨以及升華硫的原位熱解反應(yīng)一步制備出兩種碳包覆復(fù)合納米材料，即碳

3、納米管包覆FeF2納米棒(FeF2@CNTs)結(jié)構(gòu)以及“sheet on sheet”型石墨烯負載的石墨烯包覆FeS納米片(FeS@G/G)，并通過對比不同反應(yīng)條件的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，探討并推測了兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)的生成機理:(1) FeF2@CNTs結(jié)構(gòu)的生成主要是依靠FeF2納米棒與碳管的協(xié)同生長機制，即氟化銨中的氟離子與二茂鐵中的鐵反應(yīng)生成FeF2納米棒，同時，F(xiàn)eF2納米棒催化碳原子在其表面生長，形成納米管結(jié)構(gòu)，形成的納米管結(jié)構(gòu)又會促進納米棒

4、的一維生長，最終形成FeF2@CNTs結(jié)構(gòu)。(2)FeS@G/G結(jié)構(gòu)的生成分為兩步:首先，二茂鐵與硫發(fā)生反應(yīng)形成無定型炭納米片負載FeS顆粒結(jié)構(gòu);然后，無定形炭納米片結(jié)晶發(fā)育成石墨烯片納米片，而附著子炭納米片F(xiàn)eS顆粒熔并生長成FeS納米片，并催化石墨烯包覆層的生長，最終形成“sheet-on-sheet”型石墨烯負載的石墨烯包覆FeS納米片。
　　通過電化學(xué)測試分別考察了兩種材料作為鋰電池電極材料時的儲鋰性能，發(fā)現(xiàn)兩種電極材料均

5、表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲鋰容量，較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能:
　　(1)在50mAg-1電流密度下，F(xiàn)eF2@CNTs納米棒的首次可逆容量是263mAhg-1，循環(huán)50次后，容量幾乎沒有衰減，表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲鋰容量和循環(huán)穩(wěn)定性。在1Ahg-1時，首次可逆容量是133mAhg-1，50次循環(huán)后，容量保持在93mAhg-1，表現(xiàn)出了良好的倍率性能。
　　(2)在50mAg-1電流密度下，F(xiàn)eS@G/G納米片的首次可逆容量可以達到934.