【摘要】：鐵的氧化物Fe_2O_3(1007 mAh/g)和Fe_3O_4(926 mAh/g),硫化物FeS_2(894 mAh/g)和Fe_7S_8具有理論容量高,自然存量豐富和安全環(huán)保等特點(diǎn),是很好的鋰電池負(fù)極材料,但是存在導(dǎo)電性差和體積膨脹等缺點(diǎn)。本論文以此為出發(fā)點(diǎn),采用水熱/溶劑熱法制備具有特殊結(jié)構(gòu)的微納材料并與碳材料復(fù)合,提高其導(dǎo)電性并減緩體積膨脹,同時(shí)還研究了其合成機(jī)理。首先,采用一步合成的溶劑熱法制備微納尺寸的Fe_3O_4亞微球,通過對(duì)不同反應(yīng)時(shí)間段所得到的材料進(jìn)行X射線衍射分析,直到加熱反應(yīng)過程中前驅(qū)體先形成具有膠體結(jié)構(gòu)的Fe(OH)_3,之后和醇反應(yīng)形成中間相,然后熱分解成形成Fe_3O_4晶核,晶核逐漸長(zhǎng)大成磁性粒子。靜電穩(wěn)定劑醋酸根能夠保障溶液系統(tǒng)中的納米晶能夠均勻分散,形成粒徑均一的亞微球,軟模板聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在晶核形成階段和熟化階段,能夠抑制晶核的無序生長(zhǎng),從而促進(jìn)尺寸更小的磁性亞微球的形成。其次,通過溶劑熱法合成了N摻雜的共軸CNTs@α-Fe_2O_3@C復(fù)合材料并測(cè)試了其電化學(xué)性能。該方法合成的α-Fe_2O_3納米材料尺寸降低至40-50 nm,增大了表面積,與碳材料設(shè)計(jì)成CNTs@α-Fe_2O_3@C的特殊結(jié)構(gòu),能加速電荷傳輸提高導(dǎo)電性并緩沖膨脹應(yīng)力,通過N元素?fù)诫s提供更多Li~+結(jié)合點(diǎn)。所得CNT@α-Fe_2O_3@C-10循環(huán)60次后放電容量為1218.8 mAh/g,放電容量較第2次損失僅1.1%,循環(huán)性和容量得到提高。含CNT較少的CNT@α-Fe_2O_3@C-5循環(huán)60圈后容量為306.3 mAh/g,容量和穩(wěn)定性比CNT@α-Fe_2O_3@C-10較差。最后,采用了兩種不同的合成方法在水熱/溶劑熱環(huán)境下合成了具有特殊結(jié)構(gòu)的鐵硫化物(FeS_2和Fe_7S_8)及其碳復(fù)合物。首先,兩種方法分別合成了帶有單孔的堆積體和表面有溝壑的立方體結(jié)構(gòu),通過XRD表征發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)物有FeS_2和Fe_(1-x)S兩種相。其次,溫度和PVP對(duì)產(chǎn)物影響甚大,降低溫度至180℃時(shí)能得到純相FeS_2球狀產(chǎn)物,當(dāng)PVP的量為2 g時(shí),合成的材料尺寸最小。最后,采用EG作為溶劑時(shí),能夠合成特殊結(jié)構(gòu)的FeS_2@CNT復(fù)合物,7-10 nm的FeS_2納米粒子均勻地沿著CNT分布;繼續(xù)將CNT烘干,則能夠得到晶型較低的花骨朵狀的結(jié)構(gòu),燒結(jié)后為結(jié)晶度較好的Fe_7S_8。
【圖文】：

圖 1-1 全球鋰電池的產(chǎn)值增長(zhǎng)趨勢(shì)Fig. 1-1 Global output growth trend of lithium battery圖 1-2 不同可充電電池能量/功率密度對(duì)比ig. 1-2 Energy/power density comparison of different rechargeable batte電池的組成和工作原理時(shí)所說的鋰電池構(gòu)成主要有正負(fù)極、隔膜和電解液四個(gè)部

2圖 1-2 不同可充電電池能量/功率密度對(duì)比 Energy/power density comparison of different rechargeab的組成和工作原理說的鋰電池構(gòu)成主要有正負(fù)極、隔膜和電解液件更加復(fù)雜，還包括兩電極的引線、密封部件、，層狀和尖晶石結(jié)構(gòu)的材料都可以做為鋰電池的工藝的限制，目前主要用的正極材料為 Co、MNiO2，，LiMn2O4，或兩種金屬的氧化物，如4[6]。現(xiàn)在已經(jīng)商業(yè)化使用正極材料 LiCoO2，具高、容量高（理論為 274 mAh/g，實(shí)際為 140
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33;TM912

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 武斌;炭基硫化鐵復(fù)合材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究[D];北京化工大學(xué);2013年

2 莊大高;鋰離子電池正極材料LiFePO_4的合成及電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2649675