根據(jù)應(yīng)用化學與化學材料的學科特點,設(shè)計了鋰離子電池負極材料Fe₂SiO₄/C納米復(fù)合物制備與儲鋰性能的綜合實驗。實驗內(nèi)容包括文獻查閱、基本原理探究、材料制備、材料表征、實驗結(jié)果分析。實踐證明,該實驗有助于大學生了解和掌握鋰離子電池的制備工藝、紐扣電池組裝方法以及儲鋰性能測試等知識,有助于培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)。 

【文章來源】：實驗技術(shù)與管理. 2020,37(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

FS、FS/C的XRD圖

FS/C中沒有觀察到碳的衍射峰，表明納米復(fù)合物中的Fe2SiO4晶體衍射峰較強并且包覆碳以無定型形式存在。圖1FS、FS/C的XRD圖由圖2(a)的FS的SEM圖可以看出，F(xiàn)S材料是由球形納米粒子組成，經(jīng)過統(tǒng)計分析，粒徑主要分布在50~130nm。由FS/C的SEM圖（圖2(b)），F(xiàn)S/C微觀形貌與FS相似，但粒徑更小，分布在10~80nm，主要集中在20~40nm。FS的粒徑明顯大于FS/C的粒徑，這是因為原位碳包覆限制了Fe2SiO4納米粒子的生長。粒徑的減小縮短了鋰離子的擴散路徑，有利于提高FS/C的電化學性能[4,10]。圖2FS和FS/C的SEM圖

66實驗技術(shù)與管理材料的結(jié)構(gòu)與其性能息息相關(guān)，學生通過材料表征和電化學性能分析，深刻地理解電池材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，可以進一步啟發(fā)學生思考：怎樣優(yōu)化制備工藝才有可能獲得性能優(yōu)良的鋰離子電池負極材料？2.3電化學性能測試圖3(a)是FS和FS/C在0.1C倍率下的首次充放電曲線，F(xiàn)S和FS/C的首次放電比容量分別為993.8和1221.2mAh/g，充電比容量分別為547.6和690.4mAh/g，首次庫倫效率分別為55.1%和56.5%。圖3FS和FS/C在0.1C倍率下充放電曲線圖3(b)是FS和FS/C在0.1C倍率下的第5次充放電曲線，F(xiàn)S和FS/C的放電比容量都和各自的充電比容量非常接近，庫倫效率分別達到了90.7%和97.3%。FS/C的庫倫效率均高于FS，這是由于包覆于FS的無定型碳提高了電極材料的電導(dǎo)率，從而降低了充放電過程中的極化。首次放電時由于SEI膜的形成以及電解液的分解，存在較大的不可逆容量損失，所以兩種材料的首次庫倫效率較低。隨著充放電的進行，SEI形成后，庫倫效率明顯提高。圖4(a)是2種材料不同倍率下的充放電曲線，F(xiàn)S在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C倍率下的可逆比容量分別為547.6、328.1、228.9、177.7、127.4、71.7mAh/g；FS/C在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C和5C倍率下的可逆比容量分別為655.6、627.6、598.5、579.7、550.6、430.9mAh/g，F(xiàn)S/C在不同倍率下的可逆比容量都高于FS，經(jīng)高倍率循環(huán)回到0.1C測定時，F(xiàn)S/C的可逆容量仍高達756.4mAh/g。因此，與FS相比，F(xiàn)S/C具有更好的倍率充放電性能。圖4(b)是兩種材料在1C倍率下循環(huán)100次的充放電循環(huán)圖，F(xiàn)S和FS/C的首次充電比容量分別為97.3mAh/g和501.8mAh/g，循環(huán)100次后的放電比容量分別為254.5mAh/g和666.6mAh/g。隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加，兩者的比容量均呈上升?

【參考文獻】：
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