铁基锂离子电池负极材料的制备及其储锂性能的研究

发布时间：2019-11-16 18:30

【摘要】：锂离子电池体系经过不断的完善,日渐成熟,已被广泛的应用于各个领域。科技的进步,尤其是混合动力车的不断发展,对于锂离子电池的性能人们提出了更高的要求。目前以碳类材料为负极材料的锂离子电池,己不能满足人们的需求。而铁基材料由于具有较高的理论容量、良好的安全性能和较高自然储量受到人们的广泛关注。但铁基材料导电性能差,而且循环充放电中的体积效应将导致电极材料的粉化,与集流体分离,使其电化学性能快速衰减。因此,缓解铁基材料在循环嵌锂时产生的体积变化和提高电极稳定性、导电性成为了铁基材料研究的关键点。大量的研究结果表明,中空化、纳米化、合金化、与碳材料复合等多种手段都是改进铁基材料性能的有效方法。但是,单一地使用任何一种方法都不能长足地改善材料的性能,若能将几种方法相结合,同时结合其他类型的材料构成复合材料,相互取长补短,则有望更好地改进材料的各方面的性能。基于以上考虑,本论文以铁基材料为研究对象,从三个方面对铁基材料进行了改进研究。(1)通过混合溶剂热的方法制备中空Fe_3O_4微球(H-Fe_3O_4),该实验中使用乙二醇/二乙二醇(EG/DEG=1/1)混合溶剂,聚乙二醇(PEG)作为表面稳定剂。通过SEM和TEM分析,我们将H-Fe_3O_4微球的合成机理总结为:导向聚集和Ostwald熟化机理的共同作用;得益于中空结构能缓解充放电过程中的体积变化,H-Fe_3O_4微球的循环稳定性明显提升。(2)通过两步法制备了二维碳包覆空心Fe_3O_4/氧化石墨烯纳米片复合材料(H-Fe_3O_4@/GNS)通过SEM及TEM表征发现H-Fe_3O_4@C/GNS复合材料中,H-Fe_3O_4微球均匀的分布在GNS表面,GNS的存在防止了H-Fe_3O_4微球团聚,缓解充放电过程中H-Fe_3O_4微球的体积变化,提高复合材料的导电能力;H-Fe_3O_4微球表面包覆一层碳,与GNS一起形成双层导电网络,碳层的存在防止了充放电过程中形成的铁单质对于电解液薄膜的催化作用,促进了稳定的SEI薄膜的形成,使得H-Fe_3O_4@C/GNS复合材料在1C和10C下仍表现出良好的循环稳定性,更能满足目前的市场需求。(3)通过一步离子置换反应在低温下制备了Mn_xFe_(3-x)O_4/GNS复合材料。通过XRD及XPS分析了Mn_xFe_(3-x)O_4立方晶的形成过程,得出的结论是:Fe~(2+)首先置换的Mn3O4晶体中的Mn3+,并且随着Fe~(2+)浓度的提高,Mn~(2+)也被置换出来;由于Mn_xFe_(3-x)O_4立方晶尺寸小且中空,具有更大的比表面积,复合材料表现出较大的可逆比容量和出众的循环性能。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912

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