Fe-Ti-O固溶体的制备及其储锂性能的研究
为了满足人类对高性能锂离子二次电池的应用需求,科研工作者通过不断探索来改变锂电池的材料种类和结构以进一步提高其性能。对负极材料而言,提高性能主要体现在提高比容量、倍率性能和循环稳定性。而负极材料的纳米化、结构功能化和掺杂改性,是行之有效的方法。
铁的氧化物具有很好的储锂性能,其理论比容量均在650mAh／g以上,尤其是三氧化铁其理论比容量可高达1005mAh／g。但在锂离子嵌入和脱出过程中会引起较大的体积变化,造成材料粉化、结构坍陷,而使循环性能变差。二氧化钛为“零应变”材料,具有很好的循环稳定性,但其比容量较低,理论比容量仅为168mAh／g。
为了得到既具有高比容量又具有良好循环稳定性的锂电池负极材料,我们通过水热法及后续热处理制备出Fe-Ti-O固溶体材料。主要考察了Ti／Fe比、热处理条件和导电剂的添加量对固溶体储锂性能的影响。利用XRD、TEM、SEM和EDX测试分析手段研究了不同条件下得到的固溶体材料的形态和结构,考察其电化学性能,并将材料组成、结构与其储锂性能相关联。
结果表明,固溶体材料属纳米级,经热处理后均表现出更好的电化学性能,热处理温度越高其电化学性能越好,400℃空气2小时是最佳热处理条件；在固溶体中当Fe3+含量较低时,固溶体的比容量较低,其性质与二氧化钛类似；当固溶体中,Fe3+的含量较高时,固溶体的比容量也较高,其性质与三氧化二铁相似。当Ti4+:Fe3+=0.19时,固溶体Fe1.5Ti0.5O3为多晶体,该固溶体经300度空气热处理2小时后,其首次可逆比容量可达862.3mAh／g,50次循环后其可逆比容量为721.6mAh／g。该固溶体材料具有很好的循环稳定性和较高的比容量,可能成为下一代优越的锂离子电池负极材料。
锂离子电池;负极材料;三氧化铁;二氧化钛;固溶体;储锂性能
北京化工大学
硕士
化学
宋怀河
2011
中文
TM912.9;O646.541
100
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）