FeS/石墨烯锂电池负极材料的制备及电化学性能研究
发布时间：2021-10-30 13:15
近年来,作为过渡金属硫化物之一的FeS,因其价格低廉、环境友好并且电极电势比石墨高,可以有效地限制SEI膜的形成,而成为一种极具发展潜力的锂离子电池负极材料。然而,将FeS用作负极材料仍然存在一些问题。首先,在这种电池中经过放电处理后的产物是绝缘的多硫化物,不利于电子传递。其次,FeS在锂离子电池的循环过程中会发生体积膨胀,很容易引起材料的粉末化和失活。本课题采用均相沉淀加超声处理法、水热反应加高温热处理法和直接沉淀加高温热处理法三种方法制备FeS/石墨烯复合材料及其对应的纯的FeS材料。分别比较不同合成方法实际应用的可行性和所合成复合材料电化学性能,以寻求FeS/石墨烯复合材料制备的较合理方案。主要结论如下:（1）采用均相沉淀加直接超声的方法制备了FeS材料和FeS/G复合材料。合成的FeS在形貌上呈不规则颗粒状为四方相,复合了石墨烯以后的FeS的颗粒更小而且其分散性更好,但两种材料的结晶度都不是很高。在电化学性能上,相比于纯的FeS材料FeS/G复合材料在电池比容量上得到了较大的提高,其初始放电比容量为1477.3 mAh/g,首次充电比容量为1115.2 mAh/g;在100 m...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的充放电原理图[16]
做对比，可以看出FeS/G的衍射峰与FeS的衍射峰相似，只是FeS/G的XRD图谱在2θ为26°和54°多出了两个衍射峰，这两个衍射峰与图3.1纯石墨烯的XRD谱图保持一致，分别对应于石墨烯的（002）和（004）晶面[68]，这说明石墨烯的加入并没有改变FeS的晶体结构，而且在合成过程中也并没用形成新的化合物，说明FeS与石墨烯较好的复合。3.1.2扫描电镜分析为了进一步观察材料的表面形貌状态与微观结构组成，使用扫描电子显微对所制备的材料进行了表征，此外为了更好的进行比较分析，本课题对纯的石墨烯也进行了电镜表征，表征结果如图3.3所示，制备的两种材料的表征结果如图3.4所示。图3.3石墨烯的SEM照片Fig.3.3SEMimagesofgraphene从图3.3可以看出纯的石墨烯呈薄片状，并且其表面存在较多的褶皱。图3.4a为均相沉淀法制备FeS在5000倍下的扫描电镜图像，从图像中我们可以看出FeS呈不规则颗粒状，而且颗粒有大有校图3.4b为FeS在10000倍下的扫描电镜图像，在更大的放大倍数下，可以观察到图像中的较大颗粒可能是由于较小颗粒团聚所导致的，而大颗粒的存在不仅会增加了锂离子扩散和转移的阻力而且还会降低活性物质与电解液的接触面积，从而导致材料电化学性能的下降。图3.4c和图3.4d为FeS/G复合材料分5μm
沈阳工业大学硕士学位论文20在3000倍和5000倍下的扫描电镜图像，从图像中我们可以了解到FeS颗粒零散分布在石墨烯片层的周围，也有一小部分颗粒附着在石墨烯片层表面。将图3.4a和图3.4d做对比我们可你看出，在同为5000倍的放大倍数下，图3.4d中的FeS颗粒相对的较为小一些，而且分布的也较为松散多孔一些，这说明石墨烯的加入能在一定程度上缓解FeS颗粒的团聚。而较小的颗粒和疏松多孔的结构都更有利于氧化还原反应的进行和锂离子的迁移，从而有利于材料的电化学性能。图3.4FeS的SEM照片（a，b）和FeS/G的SEM照片（c，d）Fig.3.4SEMimages(a,b)ofFeSandSEMimages(c,d)ofFeS/G3.1.3X射线能谱分析为了更好的分析均相沉淀加超声处理法制备材料的元素组成，本课题使用X射线能谱分析法（EDS）对材料进行了元素分析。测试所得能谱如图3.5所示，元素分析结果如表3.1所示。10μm8μm20μm10μmdabc
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯材料及其应用[J]. 曹宇臣,郭鸣明. 石油化工. 2016(10)
[2]氧化铁和石墨烯复合负极材料的制备及性能研究[J]. 申日星,王志勇,金先波. 化工新型材料. 2016(08)
[3]硫化亚铁作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究[J]. 景海艇,郑晓冬. 化学工程与装备. 2015(05)
[4]石墨烯复合材料的制备及应用研究进展[J]. 杨文彬,张丽,刘菁伟,刘欢锐,唐兵华. 材料工程. 2015(03)
[5]MoS2/石墨烯纳米复合材料的制备及其锂电性能研究[J]. 丁军. 哈尔滨理工大学学报. 2013(03)
[6]功率型锂离子电池负极材料TiO2/石墨烯的制备及其电化学性能研究[J]. 秦琳琳,张焕,刘晓静,许剑辉,施一宁,郑明森,董全峰. 电化学. 2012(03)
[7]新型储能材料——石墨烯的储能特性及其前景展望[J]. 杨全红,唐致远. 电源技术. 2009(04)
硕士论文
[1]TiO2/石墨烯气凝胶的结构控制及其电化学性能[D]. 龚青.华东理工大学 2016
[2]锂离子电池负极材料TiO2与TiO2/GO的制备及电化学性能研究[D]. 马金铭.燕山大学 2016
本文编号：3466795
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的充放电原理图[16]
做对比，可以看出FeS/G的衍射峰与FeS的衍射峰相似，只是FeS/G的XRD图谱在2θ为26°和54°多出了两个衍射峰，这两个衍射峰与图3.1纯石墨烯的XRD谱图保持一致，分别对应于石墨烯的（002）和（004）晶面[68]，这说明石墨烯的加入并没有改变FeS的晶体结构，而且在合成过程中也并没用形成新的化合物，说明FeS与石墨烯较好的复合。3.1.2扫描电镜分析为了进一步观察材料的表面形貌状态与微观结构组成，使用扫描电子显微对所制备的材料进行了表征，此外为了更好的进行比较分析，本课题对纯的石墨烯也进行了电镜表征，表征结果如图3.3所示，制备的两种材料的表征结果如图3.4所示。图3.3石墨烯的SEM照片Fig.3.3SEMimagesofgraphene从图3.3可以看出纯的石墨烯呈薄片状，并且其表面存在较多的褶皱。图3.4a为均相沉淀法制备FeS在5000倍下的扫描电镜图像，从图像中我们可以看出FeS呈不规则颗粒状，而且颗粒有大有校图3.4b为FeS在10000倍下的扫描电镜图像，在更大的放大倍数下，可以观察到图像中的较大颗粒可能是由于较小颗粒团聚所导致的，而大颗粒的存在不仅会增加了锂离子扩散和转移的阻力而且还会降低活性物质与电解液的接触面积，从而导致材料电化学性能的下降。图3.4c和图3.4d为FeS/G复合材料分5μm
沈阳工业大学硕士学位论文20在3000倍和5000倍下的扫描电镜图像，从图像中我们可以了解到FeS颗粒零散分布在石墨烯片层的周围，也有一小部分颗粒附着在石墨烯片层表面。将图3.4a和图3.4d做对比我们可你看出，在同为5000倍的放大倍数下，图3.4d中的FeS颗粒相对的较为小一些，而且分布的也较为松散多孔一些，这说明石墨烯的加入能在一定程度上缓解FeS颗粒的团聚。而较小的颗粒和疏松多孔的结构都更有利于氧化还原反应的进行和锂离子的迁移，从而有利于材料的电化学性能。图3.4FeS的SEM照片（a，b）和FeS/G的SEM照片（c，d）Fig.3.4SEMimages(a,b)ofFeSandSEMimages(c,d)ofFeS/G3.1.3X射线能谱分析为了更好的分析均相沉淀加超声处理法制备材料的元素组成，本课题使用X射线能谱分析法（EDS）对材料进行了元素分析。测试所得能谱如图3.5所示，元素分析结果如表3.1所示。10μm8μm20μm10μmdabc
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯材料及其应用[J]. 曹宇臣,郭鸣明. 石油化工. 2016(10)
[2]氧化铁和石墨烯复合负极材料的制备及性能研究[J]. 申日星,王志勇,金先波. 化工新型材料. 2016(08)
[3]硫化亚铁作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究[J]. 景海艇,郑晓冬. 化学工程与装备. 2015(05)
[4]石墨烯复合材料的制备及应用研究进展[J]. 杨文彬,张丽,刘菁伟,刘欢锐,唐兵华. 材料工程. 2015(03)
[5]MoS2/石墨烯纳米复合材料的制备及其锂电性能研究[J]. 丁军. 哈尔滨理工大学学报. 2013(03)
[6]功率型锂离子电池负极材料TiO2/石墨烯的制备及其电化学性能研究[J]. 秦琳琳,张焕,刘晓静,许剑辉,施一宁,郑明森,董全峰. 电化学. 2012(03)
[7]新型储能材料——石墨烯的储能特性及其前景展望[J]. 杨全红,唐致远. 电源技术. 2009(04)
硕士论文
[1]TiO2/石墨烯气凝胶的结构控制及其电化学性能[D]. 龚青.华东理工大学 2016
[2]锂离子电池负极材料TiO2与TiO2/GO的制备及电化学性能研究[D]. 马金铭.燕山大学 2016
本文编号：3466795
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