不同形貌α-Fe2O3的合成及其电化学性能的研究

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本文通过简单的水热法,制备了不同形貌的α-Fe2O3,研究了不同条件对产物形貌和电化学性能的影响。主要研究内容如下:  1.本文在水热条件下制备了α-Fe2O3纳米立方体,并对其进行煅烧,研究了活性物质的煅烧对选择粘结剂的影响。研究发现,煅烧前,在聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)和黄原胶(XG)三种粘结剂中使用XG得到的容量保持率最高;煅烧后,PVDF粘结剂体系的电化学性能要优于其他体系。通过红外光谱(FTIR)、阻抗测试(EIS)、循环伏安(CV)等手段对煅烧前后α-Fe2O3与粘结剂之间的相互作用及可能机理进行了研究。研究表明:CMC和XG与α-Fe2O3之间存在化学键合作用,可以抑制颗粒运动,从而提高电化学性能。此外,电解液分解产生的表面层很可能是决定电极性能的控制步骤。  2.采用一步水热法,通过控制反应物浓度,制备出了笼状和鱼卵状α-Fe2O3层级结构。通过X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试等手段对产物的相组成、形貌结构和锂电性能进行了表征,并对其生长机理进行了探讨。研究表明:当反应物浓度较低时,不同反应时间下的产物均为纯相α-Fe2O3,并且呈现出笼状层级结构;而当反应物的浓度较高时,随反应时间的延长,产物由花状结构的FeOOH和α-Fe2O3的混合物逐渐演进为鱼卵状α-Fe2O3产物。进一步研究发现:反应体系的浓度改变对产物的形貌结构及相组成产生了较大的影响。此外,电化学测试研究表明:笼状和鱼卵状α-Fe2O3产物均具有优良的储锂性能,可用作锂离子电池的电极材料。  3.以Fe(NO3)3为铁源,在水热条件下制备了准菱形α-Fe2O3纳米颗粒。通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)的表征,发现产物的暴露面是高指数面。电化学测试研究发现:产物首次放电容量高达2838 mAh/g,循环次数增多,容量首先逐渐衰减,在第57次循环达到最小值672 mAh/g后,出现了容量上升现象。在353次循环后的放电容量为1765 mAh/g。
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