本文選題：花狀鐵醇鹽 + 微納結(jié)構(gòu)　； 參考：《河南師范大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：鋰離子電池鐵基負(fù)極材料以其理論比容量高、儲量大、環(huán)境友好、成本較低等特點(diǎn)受到廣泛地關(guān)注。但是,其自身電導(dǎo)率不高以及在充放電過程中體積變化較大使得材料的倍率性能較差并且長期循環(huán)時容量衰減嚴(yán)重。納米材料具有較大的比表面積,因而具有特異的化學(xué)和物理性能,一直是研究的焦點(diǎn)之一。用作負(fù)極的納米材料可以有效縮短質(zhì)荷傳輸距離,提高電化學(xué)反應(yīng)以及緩沖鋰離子嵌/脫時產(chǎn)生的應(yīng)力,因而使得納米負(fù)極材料成為研究熱點(diǎn)。為了改善鐵基負(fù)極材料的電化學(xué)性能,人們合成了一些具有特殊形貌的納米材料,包括納米線、納米針、納米棒、空心納米球、納米管等。但是這些材料的后期加工性能不如微米材料好(如制備負(fù)極漿料);另外作為負(fù)極材料充放電時表面形成電子絕緣的固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜),使得孤島狀的顆粒之間的導(dǎo)電性能不佳。本文以具有花狀微納結(jié)構(gòu)的鐵醇鹽為反應(yīng)中間體,在一定氣氛下燒結(jié)制備相應(yīng)形貌的鐵基負(fù)極材料(FeS2、Fe2O3、Fe3O4)。一方面,鐵醇鹽的納米片可以降低燒結(jié)溫度,從而使得產(chǎn)物保持中間體的形貌;另一方面,具有微納結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料,既擁有納米材料的優(yōu)點(diǎn),同時具有微米顆粒的良好加工性能。因此,所制備的材料表現(xiàn)出較大的比容量和良好的循環(huán)性能。具體研究內(nèi)容如下:(1)具有微納結(jié)構(gòu)的FeS2合成及其儲鋰性能研究:將具有花狀微納結(jié)構(gòu)的鐵醇鹽放入管式爐中,在N2和H2S混合氣氛下分別在300、450和800 oC熱處理得到產(chǎn)物。結(jié)構(gòu)和形貌結(jié)果表明300 oC熱處理得到的樣品是FeS2并能夠充分保持鐵醇鹽中間體的形貌,結(jié)晶度較高。450 oC熱處理得到的樣品也是FeS2,但表面變成多孔狀結(jié)構(gòu),結(jié)晶度更高。800 oC熱處理得到的樣品卻是Fe9S10,并且不再具有鐵醇鹽的形貌,XRD圖譜的信噪比明顯下降。電化學(xué)測試結(jié)果顯示,在200 mA g-1放電倍率下300 oC時的產(chǎn)物具有1484.3 mAh g-1的放電比容量,高于450和800 oC的產(chǎn)物(1326.7 and 934 mAh g-1);另外,100次充放電循環(huán)后(200 mA g-1)300 oC產(chǎn)物的放電比容量為480.8 mA h g-1,遠(yuǎn)高于另外兩個樣品放電比容量(215.8和89.7 mAh g-1)。(2)具有微納結(jié)構(gòu)的Fe2O3合成及其儲鋰性能研究:將具有花狀微納結(jié)構(gòu)的鐵醇鹽放入馬弗爐中,空氣氣氛下分別在300、450和800 oC熱處理,得到Fe2O3負(fù)極材料。結(jié)構(gòu)與形貌結(jié)果表明300 oC熱處理時產(chǎn)物能夠充分地保持鐵醇鹽中間體的形貌,結(jié)晶度較高。450 oC熱處理的產(chǎn)物表面形成多孔狀結(jié)構(gòu),結(jié)晶性更好,但信噪比稍微降低;800 oC的產(chǎn)物不再具有鐵醇鹽中體間的形貌,XRD的信噪比明顯下降。電化學(xué)測試結(jié)果表明,200 mA g-1的電流密度下300 oC熱處理產(chǎn)物的首次放電比容量為1360.2 mAh g-1,稍低于450和800 oC熱處理的產(chǎn)物(1411.6和1429.8 mAh g-1);但是100次充放電循環(huán)后300 oC的產(chǎn)物放電比容量為515.6 mAh g-1(200 mA g-1),遠(yuǎn)高于另外兩個樣品的放電比容量(247.6和206.7 mA h g-1),表現(xiàn)出了較好的循環(huán)性能。(3)具有微納結(jié)構(gòu)的Fe3O4合成及其儲鋰性能:將具有花狀微納結(jié)構(gòu)的鐵醇鹽放入管式爐中,氮?dú)鈿夥障路謩e在300、450和800 oC熱處理,得到鐵的氧化物。結(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示300 oC熱處理的產(chǎn)物為Fe2O3,而450和800 oC熱處理的產(chǎn)物為Fe3O4。450 oC熱處理的產(chǎn)物能夠充分地保持鐵醇鹽中間體的形貌,結(jié)晶度較高。800 oC熱處理得到的Fe3O4不再保持鐵醇鹽中間體的形貌。電化學(xué)測試結(jié)果表明,雖然200 mA g-1倍率下450oC產(chǎn)物的首次放電比容量(1050.7 mAh g-1)稍低于800 oC產(chǎn)物的(1159.3 mAh g-1),但是100次充放電循環(huán)后放電比容量為505.2 mA h g-1(200 mA g-1),遠(yuǎn)高于800 oC產(chǎn)物的比容量(140.3 mAh g-1),表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能。
[Abstract]:In order to improve the electrochemical properties of iron - based negative electrode materials , nano - materials with special morphology have been synthesized , including nanowires , nano - needles , nanorods , hollow nano - spheres , nanotubes , etc . The results show that the samples obtained by heat treatment at 300 oC are FeS2 and have good processability . The results show that the samples prepared by heat treatment at 300 oC are FeS2 , and the results show that the samples obtained by heat treatment at 300 oC have higher specific capacity and good cycle performance . The results show that the samples obtained by heat treatment at 300 oC are FeS2 , and have higher crystallinity . The discharge specific capacity of the products at 300 oC is 480.8 mA h g - 1 after 100 charge / discharge cycles , which is much higher than that of the other two samples ( 215.8 and 89.7 mAh g - 1 ) . ( 2 ) Fe _ 2O _ 3 synthesis with micro - nano structure and its lithium storage performance : The iron alkoxide with flower - like micro - nano structure was put into muffle furnace and heat treated at 300 , 450 and 800 oC in air atmosphere to obtain Fe2O3 negative electrode material . The results showed that the first discharge specific capacity of the product was 1360 . 2 mAh g - 1 , slightly lower than 450 and 800 oC ( 1429 . 8 mAh g - 1 ) . However , the discharge specific capacity of the product at 300 oC after 100 charge / discharge cycles was 515.6 mAh g - 1 ( 200 mA g - 1 ) , which was much higher than that of the other two samples ( 247.6 and 206.7 mA h g - 1 ) . ( 3 ) Fe3O4 synthesis with micro - nano structure and its lithium storage performance : The iron alkoxide with flower - like micro - nano structure was put into a tubular furnace . The iron oxide was obtained by heat treatment at 300 , 450 and 800 oC in nitrogen atmosphere . The results showed that the first discharge specific capacity ( 105.7 mAh g - 1 ) of 450 and 800 oC heat treatment was slightly lower than that of 800 oC product ( 1159.3 mAh g - 1 ) , but the discharge specific capacity after 100 charge / discharge cycles was 505.2 mA h g - 1 ( 200 mA g - 1 ) , which was much higher than that of 800 oC product ( 140.3 mAh g - 1 ) .

【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM912;O646

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1736330