纳米硅酸盐@C比表面积调控与电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liutongyang123
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以不同纳米二氧化硅(SiO2)作硅源,利用固相反应法成功控制了Fe2SiO4/C和Li2FeSiO4/C复合材料的比表面积。  利用C6H5O7(NH4)3,FeC2O4·2H2O和比表面积分别是221,263,325 m2/g纳米多孔SiO2为原料,合成了超细多孔Fe2SiO4/C复合材料(FS221/C,FS263/C和FS325/C)。XRD 结果证明三种样品均属 α-Fe2SiO4相。SEM 说明三种样品都是由粒径为30-70 nm颗粒和200-400 nm的亚微米颗粒构成的复合物。孔结构分析证明超细多孔的 Fe2SiO4/C 复合材料的外表面积能够通过纳米多孔 SiO2来调控,FS325/C的外表面积是三者中最高的。这些独特的性质使FS325/C在三个样品中具有最好的可逆储锂容量,最好的倍率、循环性能和最高的锂离子扩散系数。  以气相纳米SiO2(FNS)和纳米SiO2(NS)分别合成了介孔Li2FeSiO4/C复合材料(LFS-FNS和LFS-NS)。XRD证明LFS-FNS和LFS-NS晶体结构均属单斜晶系P21空间群Li2FeSiO4。SEM证明了LFS-FNS和FNS的粒径大小集中在25-40 nm,比LFS-NS和NS的粒径略小,充分证明了Li2FeSiO4/C复合材料的粒径能够通过选择不同粒径的SiO2所调控。TEM进一步证明了Li2FeSiO4/C纳米颗粒均匀的分布在无定形碳构成的网络中。比表面积分析证明LFS-FNS和FNS的外表面积分别是51.4和36.1 m2/g,因此介孔Li2FeSiO4/C纳米材料的孔结构特性能够用不同纳米 SiO2作硅源所调控。减小的粒径和较高的外表面积缩短了锂离子扩散路径使LFS-FNS具有较出色的电化学性能,LFS-FNS在0.1 C的放电容量高达172 mAh/g。  通过SBA-15和纳米SiO2分别合成了多级介孔棒束状Li2FeSiO4/C复合材料(简称HMLFS-SR)和普通形貌的Li2FeSiO4/C复合材料(简称LFS)。XRD证明HMLFS-SR和LFS中都含有Li2FeSiO4晶体和少量的Fe3O4杂质。SEM观察到HMLFS-SR是由纳米颗粒构成的多级棒束状结构。EDS证明了Fe,Si,C,O元素均匀的分布在整个棒束状的Li2FeSiO4/C中。氮气脱吸附分析证明了HMLFS-SR是典型的介孔材料,具有47 m2/g的外表面积,比LFS更高。HMLFS-SR在0.1C展现了较高的放电比容量212.2 mAh/g,除此之外,HMLFS-SR也具有更稳定的循环性能,更低的电荷转移阻抗和更高的锂离子扩散系数。
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