含碳铁基氧（硫）化物微纳复合材料的制备与应用研究

发布时间：2020-05-05 06:20

【摘要】：铁的氧化物Fe_2O_3(1007 mAh/g)和Fe_3O_4(926 mAh/g),硫化物FeS_2(894 mAh/g)和Fe_7S_8具有理论容量高,自然存量丰富和安全环保等特点,是很好的锂电池负极材料,但是存在导电性差和体积膨胀等缺点。本论文以此为出发点,采用水热/溶剂热法制备具有特殊结构的微纳材料并与碳材料复合,提高其导电性并减缓体积膨胀,同时还研究了其合成机理。首先,采用一步合成的溶剂热法制备微纳尺寸的Fe_3O_4亚微球,通过对不同反应时间段所得到的材料进行X射线衍射分析,直到加热反应过程中前驱体先形成具有胶体结构的Fe(OH)_3,之后和醇反应形成中间相,然后热分解成形成Fe_3O_4晶核,晶核逐渐长大成磁性粒子。静电稳定剂醋酸根能够保障溶液系统中的纳米晶能够均匀分散,形成粒径均一的亚微球,软模板聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在晶核形成阶段和熟化阶段,能够抑制晶核的无序生长,从而促进尺寸更小的磁性亚微球的形成。其次,通过溶剂热法合成了N掺杂的共轴CNTs@α-Fe_2O_3@C复合材料并测试了其电化学性能。该方法合成的α-Fe_2O_3纳米材料尺寸降低至40-50 nm,增大了表面积,与碳材料设计成CNTs@α-Fe_2O_3@C的特殊结构,能加速电荷传输提高导电性并缓冲膨胀应力,通过N元素掺杂提供更多Li~+结合点。所得CNT@α-Fe_2O_3@C-10循环60次后放电容量为1218.8 mAh/g,放电容量较第2次损失仅1.1%,循环性和容量得到提高。含CNT较少的CNT@α-Fe_2O_3@C-5循环60圈后容量为306.3 mAh/g,容量和稳定性比CNT@α-Fe_2O_3@C-10较差。最后,采用了两种不同的合成方法在水热/溶剂热环境下合成了具有特殊结构的铁硫化物(FeS_2和Fe_7S_8)及其碳复合物。首先,两种方法分别合成了带有单孔的堆积体和表面有沟壑的立方体结构,通过XRD表征发现所得产物有FeS_2和Fe_(1-x)S两种相。其次,温度和PVP对产物影响甚大,降低温度至180℃时能得到纯相FeS_2球状产物,当PVP的量为2 g时,合成的材料尺寸最小。最后,采用EG作为溶剂时,能够合成特殊结构的FeS_2@CNT复合物,7-10 nm的FeS_2纳米粒子均匀地沿着CNT分布;继续将CNT烘干,则能够得到晶型较低的花骨朵状的结构,烧结后为结晶度较好的Fe_7S_8。
【图文】：

图 1-1 全球锂电池的产值增长趋势Fig. 1-1 Global output growth trend of lithium battery图 1-2 不同可充电电池能量/功率密度对比ig. 1-2 Energy/power density comparison of different rechargeable batte电池的组成和工作原理时所说的锂电池构成主要有正负极、隔膜和电解液四个部

2图 1-2 不同可充电电池能量/功率密度对比 Energy/power density comparison of different rechargeab的组成和工作原理说的锂电池构成主要有正负极、隔膜和电解液件更加复杂，还包括两电极的引线、密封部件、，层状和尖晶石结构的材料都可以做为锂电池的工艺的限制，目前主要用的正极材料为 Co、MNiO2，，LiMn2O4，或两种金属的氧化物，如4[6]。现在已经商业化使用正极材料 LiCoO2，具高、容量高（理论为 274 mAh/g，实际为 140
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TM912

【参考文献】

相关博士学位论文 前2条

1 武斌;炭基硫化铁复合材料的制备及储锂性能研究[D];北京化工大学;2013年

2 庄大高;锂离子电池正极材料LiFePO_4的合成及电化学性能研究[D];浙江大学;2006年

本文编号：2649675