鐵基鋰離子電池電極材料的合成及其電化學(xué)性能.pdf

1、近年來，鋰離子電池成為最具研發(fā)性，也是最有發(fā)展?jié)摿?，最先進(jìn)的二次電池。由于其具有比容量大，原料易得，循環(huán)穩(wěn)定性好，安全無污染等優(yōu)點，普遍應(yīng)用在手機(jī)，電腦，移動電源等便攜式工具上。鋰離子電池的負(fù)極材料有多種選擇，就目前來看，一些過渡金屬氧化物是作為負(fù)極材料的合適選擇?，F(xiàn)在普遍受到研究者青睞的是過渡金屬氧化物是Fe3O4，其本身具有多種優(yōu)點，比如原料易得，資源儲量大，比容量大，循環(huán)穩(wěn)定，安全系數(shù)高，環(huán)境友好等優(yōu)點。不過Fe3O4的電子電導(dǎo)率

2、不高，充放電過程中，由于一個分子對應(yīng)多個鋰離子的傳輸，導(dǎo)致體積變化比較大，這也導(dǎo)致材料粉化脫落現(xiàn)象嚴(yán)重，并且生成的SEI膜(固態(tài)電解質(zhì)界面膜)會使鋰的不可逆損失較大。這些劣勢也導(dǎo)致四氧化三鐵材料的循環(huán)性能和倍率性能不夠好，嚴(yán)重影響了材料的電化學(xué)性能的提升。所以通過多種途徑來提高四氧化三鐵的電化學(xué)性能是目前研究的重點。對于正極材料的研究同樣是鋰離子電池發(fā)展進(jìn)步的要求和必要條件。近些年來，備受研究者關(guān)注的正極材料主要是聚陰離子型化合物，因為

3、這種化合物具有特殊的三維結(jié)構(gòu)。而這種結(jié)構(gòu)會帶給正極材料很多優(yōu)點，比如在充放電循環(huán)過程中，鋰離子的脫嵌以及電荷的遷移不會改變材料結(jié)構(gòu)，循環(huán)性能非常穩(wěn)定，而且能夠有效的存儲鋰離子以及電荷，使得能量密度增大。而同樣具有這種結(jié)構(gòu)的LiFePO4由于在自然界中廣泛存在，原料來源較多，價格廉價，對環(huán)境友好等特點，更加吸引了越來越多的研究人員開展對以磷酸亞鐵鋰為正極材料的鋰離子電池的研究。
　　本研究以Fe(acac)3為鐵源，丙三醇和乙醇為溶

4、劑，通過溶劑熱結(jié)合高溫煅燒法，在N2氣氛圍中，600℃溫度下加熱鐵醇鹽前驅(qū)體3h，成功制備出了在碳基表面附著 Fe3O4納米晶體的層狀結(jié)構(gòu)的 Fe3O4/C納米片復(fù)合物。并對所得的 Fe3O4/C納米片樣品進(jìn)行了XRD、RAMAN、SEM、TEM、TG/DSC、BET、電化學(xué)性能等表征，進(jìn)一步探究了Fe3O4/C納米材料作為鋰離子電池陽極材料的優(yōu)勢。通過恒流充放電分別在不同電流密度100 mAg–1和200 mAg–1下對樣品進(jìn)行電化學(xué)

5、測試，發(fā)現(xiàn)循環(huán)100圈后樣品的放電比容量依然保持在647 mAhg–1和546 mAhg–1，相對于之前有關(guān)于Fe3O4/C納米復(fù)合材料的報道，展示出了更優(yōu)越的電化學(xué)性能表現(xiàn)。這種Fe3O4/C納米片不僅豐富了納米材料的內(nèi)容，而且作為鋰離子電池的陽極材料非常有利于鋰離子的存儲。碳復(fù)合的LiFePO4納米材料通過采用七水硫酸亞鐵為鐵源、PA為磷源、羥乙基纖維素為碳源和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，氫氧化鋰為鋰源，以水體系為反應(yīng)介質(zhì)，運用共沉淀結(jié)合高溫煅燒法

6、(750℃8h)在原子和離子水平上制備得到。而且在制備過程中通過冷凍干燥法進(jìn)一步控制形貌。并對碳復(fù)合的LiFePO4納米材料樣品進(jìn)行了XRD、RAMAN、FT-IR、SEM、TEM、TG/DSC、BET以及電化學(xué)性能表征。通過對碳復(fù)合磷酸鐵鋰納米粒子進(jìn)行微粒恒電流充放電測試，結(jié)果表明其在0.1C、0.5 C、1 C倍率下的首次恒電流放電比容量分別為173.8mAhg–1、128.7mAhg–1、99.7mAhg–1，恒流充放電循環(huán)100