锂离子电池高比容量FeSn_2-C复合负极材料的合成与性能

Sn基合金负极材料具有高达990 mAh·g-1的理论比容量,但其也存在因脱嵌锂过程发生巨大的体积变化而导致循环性能较差的问题.本文以Sn、Fe、石墨为原料利用简易的高能球磨法成功制备了具有核壳结构的FeSn2-C复合物,系统研究了球磨时间、FeSn2相含量对材料物相结构及电化学性能的影响,并分析了电极的失效机理.研究表明,球磨时间的增加有利于FeSn2金属间化合物相的形成及材料颗粒的细化,进而有利于材料比容量的增加及循环性能的提升;FeSn2相含量的增加能够提高FeSn2-C材料的比容量,但会降低FeSn2-C电极的循环稳定性.经工艺优化及组分调节,球磨24 h合成的Sn20Fe10C70材料具有最优的电化学性能,材料的比容量在540mAh·g-1左右,并能稳定循环100次,是一种非常有发展前途的锂离子电池高比容量负极材料.

铁和液体锡相互作用的研究

研究未软熔的镀锡钢板在 1 2 7～ 35 0℃铁和锡反应生成化合物的过程。X -射线衍射分析表明 :生成的产物主要是FeSn2 。电镜考察和电量分析表明 :加热过程中锡熔化前通过固相反应已经在铁锡界面形成细小的FeSn2 晶粒 ,锡熔化后反应加快。铁锡化合物数量随时间按抛物线规律增长 ,反应速度随温度上升先变快后变慢。用扫描电镜观测了不同温度加热形成铁锡化合物层的形貌 ,发现温度高容易形成晶粒较大、相对致密的FeSn2 层 ,致密FeSn2 层会隔绝铁和液体锡的直接接触 ,这可能是温度过高时反应速度常数下降的原因。

纳米FeSn_2金属间化合物的制备和电化学性能研究

用化学还原法和溶剂热法成功地制备了纳米FeSn2颗粒,并对各自的电化学性能进行了测试。用化学还原法制备的纳米FeSn2颗粒呈球形但团聚,颗粒的尺寸约为30～70 nm。用溶剂热法制备的纳米FeSn2颗粒呈现单分散的球状结构,其中颗粒的尺寸为80 nm,且颗粒的尺寸分布均匀。两种不同方法制备的纳米FeSn2颗粒都具有500 m Ah/g的可逆比容量,但是由于用溶剂热法制备的纳米FeSn2颗粒比化学还原法制备的纳米FeSn2颗粒有更好的结晶性,因此具有更好的电化学循环性能。