α-Fe2O3基复合材料的控制制备与储锂性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaolinshihonggang
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随着科学技术的飞速发展,人们对能源的需求与要求也在不断提高。传统的商业锂离子电池负极材料为石墨,其理论比容量(372m Ahg-1)比较低,已经无法满足新型高性能电池的要求。α-Fe2O3具有许多独特的性能,如较高的理论比容量、环境友好、较高的性价比和便于制备生产等优点成为很有潜力的负极材料。然而,α-Fe2O3材料具有本身导电性差,多次充放电后体积膨胀导致容量损失等缺点,限制了其进一步的发展。为了解决以上缺点,本文采用简单地溶剂热法,制备不同形貌的纯相α-Fe2O3、与碳材料复合制备α-Fe2O3@C、与二硫化钼复合制备α-Fe2O3/Mo S2材料,并对上述材料进行表征和电化学性能测试,具体内容有:(1)选用乙酰丙酮铁和氯化铁作为铁源,环己醇、乙醇与去离子水作为混合溶剂,通过控制不同铁源、沉淀剂、溶剂比例和前驱体浓度,制备出纳米球形、纳米尖片状、纳米盘状、菱形、微米球形的α-Fe2O3材料。其中粒径50 nm的球形颗粒(α-Fe2O3NPs),应用于锂电池负极材料在100m Ag-1电流密度下经过100次充放电循环仍然具有1200 m Ahg-1的比容量。与其他α-Fe2O3形貌相比,α-Fe2O3NPs粒径分布均匀、分散性高和更高的比表面积而改善了纯相材料的电化学性能。(2)选取粒径50nm的α-Fe2O3材料作为原始材料,以间苯二酚作为碳源,通过溶剂热和高温煅烧法获得包覆厚度4、7和10nm的α-Fe2O3NPs@C多孔核壳结构纳米颗粒。其中,碳层厚度为7nm的α-Fe2O3@C-7作为锂电池负极材料,在1Ag-1时显示出1223 m A h g-1的高可逆容量,在100次充放电循环后容量保有率为89%。在5 Ag-1时的性能为470 m Ahg-1。同时,赝电容数据分析表明,在0.5m Vs-1扫速下电容贡献率约58%,证实法拉第过程占据主导地位。(3)以粒径分别为50nm和2μm的α-Fe2O3NPs和α-Fe2O3MPs颗粒为原料,钼酸钠和硫脲分别作为钼源和硫源,通过一步水热自组装得到花团状二硫化钼-氧化铁复合物。α-Fe2O3NPs/Mo S2应用于锂电池负极材料时具有更优异的电化学性能,在100m Ag-1下循环100次循环后具有1054 m Ahg-1的比容量,容量保有率为89.9%。相比纯相α-Fe2O3,Mo S2片层有效抑制了α-Fe2O3在嵌脱锂过程中的体积变化,同时增加了与电解液接触面积,使α-Fe2O3和Mo S2复合材料的电化学性能得到明显改善。该论文有图39幅,表7个,参考文献70篇。
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