碳包覆LaFeO3的合成及其在堿性溶液中的電化學性能.pdf

1、本文在對ABO3氧化物作為鎳氫電池新型負極材料研究進展進行綜述的基礎上，確定以LaFeO3為研究對象，通過碳包覆以提高其電化學性能為主要目的。采用溶膠-凝膠法制備了LaFeO3氧化物，并通過碳包覆合成LaFeO3/C復合負極材料。利用FTIR、XRD、SEM和TEM等技術對材料的微觀結(jié)構和形貌進行了分析，并采用恒流充放電、循環(huán)伏安、線性極化、電化學阻抗和恒電位階躍等電化學測試技術測試其電化學性能。重點探討了不同碳含量及不同碳源對LaFe

2、O3負極材料的物理和電化學性能的影響。
　　 通過溶膠-凝膠法制備LaFeO3氧化物并以蔗糖為碳源，600℃合成不同碳含量的(0、3wt％、5wt%、7wt%)LaFeO3/C復合材料。碳在其中以無定形納米網(wǎng)絡的形式均勻分布于LaFeO3顆粒之間或包覆在其表面，并能不同程度地抑制顆粒間的團聚，摻入碳的量不會影響LaFeO3材料的晶型結(jié)構以及其單晶顆粒的晶格參數(shù)，其顆粒尺寸在30～39nm之間；通過摻入碳可以大幅度提高LaFeO3

3、負極材料的電化學性能，碳的摻入量對LaFeO3材料的影響較大。當碳含量為5wt%時其首次放電容量最高可達390mAh/g；隨碳含量增加，LaFeO3/C電極的交換電流密度I0值越大，但碳包覆對LaFeO3/C電極的離子擴散系數(shù)影響不明顯。研究表明，均勻分布的納米碳網(wǎng)絡提高了LaFeO3的導電性，抑制了LaFeO3顆粒間的團聚，進而改善了其電化學性能。
　　 在研究最佳碳含量的基礎上，分別以(蔗糖、淀粉、酒石酸、檸檬酸、PEG20

4、000)為碳源合成了理論碳含量為5wt%的LaFeO3/C復合材料，系統(tǒng)的探討了不同碳源對其電化學性能的影響。結(jié)果表明，不同碳源制備的LaFeO3/C復合材料均屬鈣鈦礦結(jié)構，碳源的加入不會影響材料的晶型結(jié)構。殘留在LaFeO3/C復合材料中的碳是無定形碳，并均勻的分布在顆粒之間或包覆在其顆粒表面，能不同程度地抑制顆粒間的團聚；由TEM分析可知，以酒石酸、蔗糖和PEG20000為碳源制備的樣品顆粒表面的包覆層較疏松，而淀粉和檸檬酸為碳源制

5、備的樣品顆粒表面的包覆層較致密，這是由于在不同碳源熱解過程中，隨著分子量和結(jié)構的不同，碳化過程中碳源的分解溫度不同，所得樣品碳化產(chǎn)物的結(jié)構也不相同；與未包覆樣品相比，碳包覆后LaFeO3/C電極的電化學性能明顯提高。其中以酒石酸為碳源合成的LaFeO3/C材料首次放電容量最高可達424.2mAh/g。采用不同碳源改性后的LaFeO3/C材料其電化學性能產(chǎn)生差異的原因主要是，對于碳源改性后的材料，表面包覆碳層使顆粒間的電子導電性提高。對于