锂离子电池负极材料FeS2的电化学性能改善

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wukuiyuxin66666
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
黄铁矿型FeS2具有比容量高(890mAhg-1)、价格低廉和绿色环保等优点,被认为是具有潜力的锂离子电池负极材料之一。本文主要针对FeS2的缺点,通过形貌控制和表面修饰对其电化学性能进行改善研究。  采用固相烧结法,以草酸亚铁和升华硫为原料,在中等温度下制备了FeS2材料。通过改变球磨时间和煅烧时间,获得了不同颗粒尺寸的实心FeS2和多孔FeS2。研究发现多孔FeS2在循环初期具有较高的放电比容量,但后期容量衰减较快,这可能是在循环过程中其结构的不稳定所引起。当前驱体的球磨时间为2、8、16、30和55h时,煅烧得到的FeS2粉末的平均粒径分别为1.43、0.96、0.28、0.078和0.071μm。与其他材料相比,0.28μm大小的FeS2粉体具有较高的放电比容量、库伦效率、较小的极化和较高的动力学性能。在0.1C倍率下30次循环后,它的可逆比容量为420mAhg-1。CV,EIS和循环后电极的SEM等测试表明,其良好的电化学性能是由于其紧密堆积的状态,较好的电接触和相对稳定的结构。另外,纳米颗粒FeS2(0.078和0.071μm)和乙炔黑、粘结剂的不均匀混合以及不紧密的堆积,减少了反应接触面积,造成了较差的电化学性能。  通过水热法,在CTAB参与反应的情况下,制备了表面呈齿状的球形FeS2颗粒。而不添加CTAB所制备的FeS2颗粒呈不规则的形貌,有尖锐的棱角,颗粒大小约0.1-0.4μm。添加CTAB所制备的FeS2齿状表面,增大了比表面积,同时其亚微米尺寸的结构在充放电循环过程中比较稳定,倍率性能和循环性能得到了提高。  采用溶剂热法,以PVP作为表面活性剂,合成了花苞状球形FeS2等级结构。花苞状球形FeS2直径大小为2-3μm,由2D的亚微米片叠加构成。每个亚微米片宽度和长度尺寸约0.5-1μm,厚度约60nm。相比于不添加PVP所制备的FeS2颗粒,花苞状FeS2材料表现出较大的首次比容量,较高的库伦效率和较小的极化。循环伏安(CV),恒电流间歇滴定技术(GITT)和交流阻抗谱(EIS)分析结果表明,其电化学性能的提高归因于花苞状FeS2与电解液较大的接触面积和较短的锂离子扩散路径,促进了电极反应动力学。  为了提高FeS2电极的导电性,采用原位法合成了FeS2-PANI复合材料。FeS2-PANI复合材料中纳米管状的PANI贯穿在FeS2颗粒之间。FeS2-PANI复合电极表现出了较小的极化,较好的反应可逆性和循环性能。这是由于PANI的加入提高了电极的电接触性,提供了较快的电荷传输路径。此外,颗粒间的PANI能够缓解充放电过程中引起的体积变化。  以葡萄糖作为碳源,原位合成了FeS2/C复合材料。碳层均匀的包覆在多孔FeS2颗粒表面。FeS2/C复合材料的循环性能明显优于FeS2电极。在0.05C倍率下50次循环后,FeS2/C复合电极的容量可高达495mAhg-1,而FeS2电极仅为345mAhg-1。通过对循环后电极的X射线光电子谱(XPS)、电感偶合等离子体发射光谱(ICP)和X射线衍射(XRD)分析,发现FeS2/C复合电极性能的提高是由于FeS2颗粒表面的碳膜提高了导电性,降低了硫的溶解和HF的腐蚀,同时还稳定了循环过程中活性物质的多孔结构。
其他文献
硫酸盐侵蚀是导致水泥基材料耐久性退化和服役寿命缩短的重要环境因素之一,它涉及到硫酸根离子在材料中的扩散与反应、侵蚀产物的生成与生长、材料的膨胀与损伤等微观层次上的
超滤(UF)工艺的发展为饮用水处理提供了一个新的发展方向。但膜污染控制仍然是UF技术应用中的瓶颈问题。其中生物污染对膜的破坏性最为严重,其污染也最难控制。磁性离子交换
染料敏化太阳能电池(DSCs)和聚合物太阳能电池(OPVs)作为第三代太阳能电池,由于其较低的制作成本、相对较高的光电转换效率、大面积柔性基底应用等优点引起了人们广泛地关注。
传统压电陶瓷的压电性在温度高于居里点时会消失,这极大的限制了压电陶瓷在高温下的应用。利用铁电材料的挠曲电效应设计挠曲电压电材料能解决这一问题。本文主要通过实验提出两种设计挠曲电压电材料的方法,当铁电陶瓷圆片放置在金属环或通过不同组分的陶瓷在高温扩散使其具有拱形结构,在应力的作用下都可以得到由挠曲电效应产生的表观压电响应,并且表观压电响应可以在温度高于居里点时仍稳定存在。本论文提供了一种方法可以设计
磁絮凝膜过滤(Magnetically Enhanced Flocculation Ultrafiltration,MEF-UF)已成功的应用于微污染水处理工艺。本文研究了不同的磁强化处理手段对混凝剂中铁形态分布的影响,深
随着油田采油含水率越来越高、采收效率日渐降低,一些新技术不断地被应用到油田采油上,然而有关原油处理方面的技术没能得到同步发展。由此产生的老化原油堆积现象,是目前油
短链氯化石蜡(SCCPs)是碳链长度为10-13的氯化石蜡(CPs),广泛用于润滑剂、塑料的增塑剂、添加剂、阻燃剂。SCCPs具有持久性有机物的典型性质如远距离迁移性、持久性、生物富
光子晶体是一种介电常数呈周期性变化的人工晶体材料,具有光子禁带和光子局域等特性,在光通讯、光电子集成等领域有着广泛的应用前景。目前,微波波段与红外波段的光子晶体已进入实际应用阶段,而在紫外—可见光波段,因受到制备工艺以及材料本身特性(存在严重吸收)等因素的限制,对其理论与实验制备的研究相对较少,但鉴于其存在很大的应用潜力,正在逐渐引起研究人员的关注。一维光子晶体结构简单,易于制备,同时又具备二、三