核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4-TiO2@密胺樹脂負極材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，能源領(lǐng)域研究專家認為，未來鋰離子電池研究方向在于，容量高、使用壽命長、安全性能優(yōu)異的的負極材料的開發(fā)。在眾多研究的材料中， Fe3O4和 TiO2一直都是研究者們重點關(guān)注的新一代鋰離子電池負極材料。Fe3O4顯著的優(yōu)勢在于理論比容量高（926 mAh g-1）、價格低廉、對環(huán)境友好；TiO2具有嵌脫鋰過程中體積變化小和嵌鋰電位高等明顯的優(yōu)點。但另一方面，F(xiàn)e3O4在嵌脫鋰過程中體積膨脹大，TiO2理論容量低（168 m

2、Ah g-1）等缺點均在一定程度上限制了這兩種材料在鋰離子電池負極領(lǐng)域的應(yīng)用。本文研究課題采用密胺樹脂作為氮摻雜碳包覆層前驅(qū)體，因此，設(shè)計出卵黃結(jié)構(gòu) Fe3O4@Void@C-N納米復(fù)合粒子和介孔中空結(jié)構(gòu)TiO2@NC納米復(fù)合粒子兩種鋰電負極材料，并成功制備。通過適當改性優(yōu)良導(dǎo)電性材料，使得鋰離子電池負極材料的電化學(xué)性能得到顯著提升，本研究課題的具體研究內(nèi)容如下：
　　（1）運用水熱法合成卵黃結(jié)構(gòu)的核-Fe3O4粒子，且合成的 F

3、e3O4粒子具有粒徑分布均勻的特點。Stber法合成 SiO2包覆層，后在冰乙酸的催化作用下合成密胺樹脂層。最后通過依次煅燒和刻蝕等工藝，合成卵黃結(jié)構(gòu)Fe3O4@Void@C-N納米復(fù)合粒子。理論研究顯示，具有介孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳包覆層的存在能避免Fe3O4納米粒子的團聚，緩沖Fe3O4在充放電循環(huán)過程中的體積變化，使卵黃結(jié)構(gòu) Fe3O4@Void@C-N納米復(fù)合粒子材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。性能測試結(jié)果表明，卵黃結(jié)構(gòu) Fe3O4@Vo

4、id@C-N納米復(fù)合粒子充放電性能和循環(huán)性能良好，在500 mA g-1電流密度下循環(huán)300圈后的材料的放電比容量為1530 mAh g-1（分別是Fe3O4@C-N納米復(fù)合粒子和純Fe3O4粒子在同電流密度下放電比容量的1.5和6倍）；在2000 mA g-1電流密度下循環(huán)500圈后材料的放電比容量為651 mAh g-1。
　　（2）Stber法依次合成SiO2球模板和TiO2包覆層，后在冰乙酸的催化作用下合成密胺樹脂層。最后

5、通過依次煅燒和刻蝕，形成介孔中空結(jié)構(gòu)TiO2@NC納米復(fù)合粒子。透射電鏡測試顯示，介孔中空結(jié)構(gòu)TiO2@NC納米復(fù)合粒子具有厚度均為~10 nm的TiO2和氮摻雜碳層。氮氣吸附-脫附測試分析結(jié)果顯示，介孔中空結(jié)構(gòu)TiO2@NC納米復(fù)合粒子具有較大的比表面積（59.29 m2g-1）和介孔（~2.8 nm），提高了鋰離子擴散速率及和電解液的接觸。因此，與純TiO2負極材料相比較，納米復(fù)合粒子負極材料電化學(xué)性能得到顯著提高。介孔中空結(jié)構(gòu) T