鐵基化合物-碳納米復(fù)合材料的合成及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換裝置，是新能源開(kāi)發(fā)和可持續(xù)利用的重要組成部分之一，極大地促進(jìn)了人民生產(chǎn)生活方式的改變和社會(huì)的發(fā)展。然而，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，當(dāng)前對(duì)鋰離子電池的能量密度、循環(huán)性能、倍率性能以及安全性提出了更高的要求。因此研發(fā)新型電極材料，尋找具有高功率密度和高能量密度的新型鋰離子電池電極材料是迫不及待的。
　　過(guò)渡金屬化合物具有優(yōu)秀的儲(chǔ)鋰潛能，從而具有實(shí)際應(yīng)用的重要研究?jī)r(jià)值，其中以過(guò)渡金屬元素鐵組成的化合物得到

2、了廣泛的研究。然而到目前為止，鐵基化合物電極材料并沒(méi)有得到大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，主要原因是其材料本身導(dǎo)電性差以及充放電過(guò)程體積膨脹過(guò)大造成材料的破壞。所以納米工程化當(dāng)前的鐵基化合物或者加入一些導(dǎo)電性強(qiáng)的物質(zhì)形成復(fù)合材料能改善鐵基化合物本身的導(dǎo)電性，緩解電極材料的體積膨脹，從而增強(qiáng)其電化學(xué)性能。
　　本論文中通過(guò)有目的地設(shè)計(jì)和表征，控制合成了兩種鐵基化合物碳納米復(fù)合材料，深入研究了兩種納米復(fù)合材料制備過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理、復(fù)合材料的物相結(jié)構(gòu)

3、和微觀形貌。通過(guò)恒電流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試等手段對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試考察并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，最終獲得了高比容量、循環(huán)倍率性能優(yōu)秀的新型電極材料。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.石墨烯包覆Fe3O4納米棒自組裝介孔雜化復(fù)合物作為高性能鋰離子電池負(fù)極材料。通過(guò)一種兩步法簡(jiǎn)單合成含有75％Fe3O4納米棒和25％rGO介孔雜化復(fù)合物，這種復(fù)合材料通過(guò)表征確定在rGO和金屬氧化物之間存在共價(jià)鍵作用，金屬氧化物納米棒被rGO所包裹，同時(shí)自組

4、裝成一種整體的層狀連續(xù)介孔結(jié)構(gòu)。這種材料已經(jīng)作為鋰離子電池負(fù)極通過(guò)系統(tǒng)地測(cè)試，循環(huán)250圈之后在500 mA g-1下放電比容量達(dá)到1053mAh g-1，在1000-5000mAg-1高電流密度下具有788-541 mAh g-1的優(yōu)秀的倍率性能。
　　2.金屬有機(jī)框架衍生硫化鐵-碳核殼納米棒作為轉(zhuǎn)換型電池材料。通過(guò)使用溫和的一步固相法硫化一種鐵基金屬有機(jī)框架前驅(qū)體合成核殼納米結(jié)構(gòu)的C@Fe7S8納米棒復(fù)合物。該復(fù)合物由13％的