四氧化三鐵-石墨烯復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、隨著高性能電子產(chǎn)品、電動汽車、可再生能源的發(fā)展，對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前所未有的高要求。為了使鋰離子電池能滿足人們的需求，大批國內(nèi)外科研工作者正努力探索性能更優(yōu)良的新型電極材料。
　　Fe3O4是一種比較具有應(yīng)用潛力的負(fù)極材料，其理論比容量為926mAh·g-1，且具有價格低廉、資源豐富、對環(huán)境友好等特點。但其電子導(dǎo)電性差，且在充放電過程中會產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)和體積變化，導(dǎo)致了顆粒和整個電極的結(jié)構(gòu)破

2、壞，因而循環(huán)壽命較差。本文采用Fe3O4和石墨烯復(fù)合的方式，旨在改善Fe3O4的循環(huán)穩(wěn)定性。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用熱還原制備的石墨烯納米片(Graphene nanosheets GNSs)分散在FeCl3溶液中，經(jīng)過水熱反應(yīng)和煅燒處理后生成了Fe3O4/GNSs二維復(fù)合材料。材料在175mA·g-1電流密度下經(jīng)過50次充放電循環(huán)，仍然然具有816mAh·g-1的比容量。在電流密度為175、350、700和1400mA

3、·g-1的大電流下分別進(jìn)行10次充放電循環(huán)后，再在175mA·g-1電流密度下進(jìn)行充放電循環(huán)，材料仍具有723mAh·g-1的比容量。
　　(2)采用靜電自組裝方法，分兩步合成Fe(OH)3/GO前驅(qū)體（GO:氧化石墨烯），再通過水熱反應(yīng)和600℃高純氮氣氣氛下煅燒，獲得了Fe3O4/石墨烯三維復(fù)合材料。電化學(xué)測試結(jié)果表明其具有優(yōu)良的電化學(xué)性能:除首次外最高放電容量為976mAh·g-1，50次循環(huán)后容量為819mAh·g-1。通

4、過對比實驗表明，三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成對復(fù)合材料的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。
　　(3)研究水熱過程中乙二醇(EG)和醋酸鈉(NaAC)的含量對Fe3O4/G三維復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。研究表明:EG和H2O的混合溶液做為水熱溶劑，能提高復(fù)合材料的均勻度。當(dāng)EG和H2O的體積比為1∶1、NaAC為0.1g時的試樣具有最優(yōu)性能，在175mA·g-1電流密度下經(jīng)過50次充放電循環(huán)后試樣比容量為947mAh·g-1。