新型鐵基高容量鋰離子電池負極材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著手機、便攜式計算機、電動工具等日益普及，以及電動車、儲能市場的不斷擴大，對高輸出功率的鋰二次電池的需求不斷增長，而商業(yè)化的碳負極材料由于理論容量（372 mAh g-1）低，已經(jīng)無法滿足需求，人們開始對其他高比容量的非碳負極材料進行了積極地開發(fā)。而過渡金屬氧化物納米負極材料因具有高比容量、價格低廉、自然儲存量豐富、對環(huán)境友好等特點，被認為是替代商業(yè)化碳負極材料最有前景的材料之一。但過渡金屬氧化物材料本身的電子導電性和鋰離子擴散速率比

2、較低，并且在嵌/脫鋰過程中材料有很大的體積效應，導致倍率性能和循環(huán)性能較差，限制了其實際應用。將過渡金屬氧化物制成具有特殊形貌的納米結構和/或制備復合納米結構可以提高其倍率性能和循環(huán)性能。這是因為具有特殊形貌的納米材料擁有大的比表面積，擴大了活性物質(zhì)與電解液的接觸面積，縮短了電子和鋰離子的轉移路徑;將過渡金屬氧化物與碳材料納米復合化不僅增加了材料的電子導電率，加快電子和鋰離子的移動速率，而且可以有效緩解嵌/脫鋰過程中產(chǎn)生的體積膨脹。因此

3、，改進處理后的過渡金屬氧化物負極材料有望具有高倍率性能、高循環(huán)性能，成為滿足高輸出功率的鋰二次電池的新型高容量負極材料。本論文主要研究了鐵基過渡金屬氧化物Fe3O4、 CoFe2O4、 Fe2O3體系的制備及電化學儲鋰性能。
　　1)巧妙的利用苯胺原位聚合法在泡沫鎳表面上直接生長Fe3O4-PANI復合材料，然后進行熱退火，制備了鋰離子電池無粘連劑集成電極(Ni@Fe3O4-C)。經(jīng)過熱處理聚苯胺原位轉化為無定形碳，可以有效阻止高

4、溫處理所導致的粒子團聚，并原位形成了碳包覆的Fe3O4納米顆粒;聚苯胺碳化形成的三維碳網(wǎng)絡結構，保證了充放電過程中電子的有效快速移動。Ni@Fe3O4@C的獨特結構有效地提高了其電化學性能，當電流密度為100 mAg-1時，經(jīng)過30個循環(huán)后Ni@Fe3O4-C的容量仍保持在859.3mAh g-1，與初始容量相比，其容量保持率為98.3％，顯示了良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高的比容量。
　　2)利用自模板法通過Kirkendall效應制備一

5、維中空結構的三元過渡金屬氧化物CoFe2O4納米管。由于其獨特的結構特點，CoFe2O4納米管具有良好的儲鋰性能，在電流密度為100 mA g-1時，循環(huán)100個周期后仍保持著988mAhg-1的高充電比容量，和首次循環(huán)比容量（1036 mAh g-1）相比較，容量保持率為95％，并且由于特定的中空管狀結構和大的表面積其實際容量高于CoFe2O4的理論容量。在1Ag-1的高倍率下充放電時，循環(huán)500次容量仍保持在680 mAh g-1，