鐵氧化物陣列結(jié)構(gòu)電極材料的制備、改性及儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、作為新型鋰離子電池負(fù)極材料，鐵氧化物因其理論比容量高、安全性好、環(huán)境友好和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，近些年引起研究人員的極大關(guān)注。然而，和其他過渡金屬氧化物一樣，鐵氧化物納米材料存在導(dǎo)電性差、充放電過程中較大的體積變化、易團(tuán)聚等缺點(diǎn)而造成電極的極化和嚴(yán)重破壞，使其倍率性能與循環(huán)性能較差。為了克服這些缺點(diǎn)，一個(gè)行之有效的方法就是合理的設(shè)計(jì)出具有體積膨脹包容性好、電子與離子遷移能力強(qiáng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)的納米結(jié)構(gòu)電極。本文以Cu(OH)2納米棒陣列為

2、模板，采用一種模板參與的水解誘導(dǎo)氧化還原反應(yīng)方法和熱處理過程，在銅基底上成功地制備了三維(3D) Cu/Fe3O4納米棒陣列、Cu-Fe2O3/C和Cu-Fe3O4/C復(fù)合納米結(jié)構(gòu)陣列，并分別將它們直接作為鋰離子電池的電極，在很大程度上克服了上述缺點(diǎn)，提高了儲(chǔ)鋰性能。初步探索了Cu/Fe3O4納米結(jié)構(gòu)陣列在Fe3O4/LiFePO4鋰離子全電池中應(yīng)用。具體內(nèi)容如下:
　　1、以Cu(OH)2納米棒陣列為模板，首次利用一種全新的水解

3、誘導(dǎo)氧化還原反應(yīng)(HIR)策略和熱還原過程成功地制備了Cu/Fe3O4納米棒陣列。相比于傳統(tǒng)制備方法，這種制備穩(wěn)定結(jié)構(gòu)Cu/Fe3O4納米結(jié)構(gòu)陣列具成本低、條件溫和、過程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在Cu/Fe3O4納米結(jié)構(gòu)陣列中，高導(dǎo)電性的銅納米棒與銅基底一起形成了一個(gè)井然有序的3D納米集流體。與Fe3O4納米粉體相比，Cu/Fe3O4納米棒陣列直接作為鋰離子電池電極表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，在5C電流密度下，500次循環(huán)之后可逆容量為543

4、.5 mAh g-1，容量保持率為86％。在15C倍率下，放電比容量為289.2 mAh g-1。結(jié)果表明，Cu/Fe3O4納米棒陣列是一種很有前途的鋰離子電池電極。
　　2、以Cu(OH)2納米棒陣列為模板，F(xiàn)eCl2溶液為還原劑，制備了Cu2O-Fe(OH)3納米管陣列。將得到的Cu2O-Fe(OH)3納米管陣列通過浸漬吸附葡萄糖溶液后，在N2和Ar/H2氣氛下煅燒分別得到了Cu-Fe2O3/C納米結(jié)構(gòu)陣列和Cu-Fe3O4/

5、C納米結(jié)構(gòu)陣列。表征結(jié)果顯示，所制備的Cu-Fe2O3/C和Cu-Fe3O4/C能夠保持均勻的、完整的納米結(jié)構(gòu)陣列;電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，相比于Cu2O-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)陣列，Cu-Fe2O3/C納米結(jié)構(gòu)陣列具有較為優(yōu)異的倍率性能，在16C倍率下放電比容量可達(dá)539 mAh g-1; Cu-Fe3O4/C納米結(jié)構(gòu)陣列與Cu-Fe3O4納米結(jié)構(gòu)陣列相比，其具有優(yōu)異倍率和循環(huán)性能，在16C倍率下放電比容量為417 mAhg-1，在1.6

6、 C倍率下循環(huán)200次后，容量保持率為131.7％(1 C=1000 mAh g-1)。結(jié)果表明，碳包覆改性鐵氧化物納米結(jié)構(gòu)陣列能有效提高它們的電化學(xué)性能。
　　3、通過水熱反應(yīng)制備磷酸鐵鋰前驅(qū)體，并結(jié)合后期熱處理過程制備了鎂離子（Mg2+）摻雜、碳包覆的磷酸鐵鋰正極材料。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，鎂離子摻雜后的磷酸鐵鋰材料具有較高的放電比容量(0.1 C放電比容量達(dá)158.8 mAhg-1，1 C=150 mAh g-1)、優(yōu)越的