具有微纳结构的FeS_2的制备及其储锂性能研究

金属硫化物具有较大的理论容量,有望成为下一代的锂电池负极材料,但是充放电过程中材料发生严重的膨胀/收缩、晶体粉化,使得材料的比容量迅速衰减.本文以铁醇盐为原料制备具有花状微纳结构的FeS_2,以达到抑制材料粉化效果.结果显示,300℃热处理得到的FeS_2样品能够充分保持中间体铁醇盐的花状微纳结构,结晶度高.450℃处理得到的样品表面为多孔状结构,而800℃处理未得到目标产物,样品分子式是Fe_9S_(10).电化学测试结果表明:300℃所得产物具有1 484.3mA·h/g的放电比容量,高于450℃的产物(1 326.7mA·h/g);在电流密度为200mA/g条件下,100次充放电循环后,300℃所得产物的放电比容量为480.8mA·h/g,远高于450℃所得产物的放电比容量(215.8mA·h/g).研究结果表明具有花状微纳结构对材料的粉化现象有较好的抑制作用.

由铁醇盐配合物制备纳米Fe_2O_3

50℃时,在无隔膜电解槽中采用电化学溶解铁金属8 h,制备了铁配合物Fe（OEt）2（acac）[acac-为乙酰丙酮基],通过红外光谱、拉曼光谱和核磁共振对配合物进行了表征.采用含Fe（OEt）2（acac）的电解液直接水解、干燥制备干凝胶,然后在450℃煅烧2 h,得到纳米Fe2O3粉体.通过透射电子显微镜（TEM）和X射线粉末衍射（XRD）对纳米Fe2O3进行表征.实验表明：前驱体中含有acac基团,可以很好地阻止水解与煅烧过程中发生团聚;所得干凝胶粒径在10 nm左右,纯度较高的纳米Fe2O3粉体粒径在20-30 nm.

二维纳米片组成的花状铁醇盐及其微纳结构三氧化二铁衍生物的储锂性能

Fe_2O_3作为锂电池负极材料具有诸多优点,但其较低的本征电导率和充放电循环过程中材料粉化使得其电化学储锂性能有待改善。本文以具有花状微纳结构的铁醇盐为反应中间体,在空气气氛下烧结制备出具有花状微纳结构的铁基负极材料Fe_2O_3。纳米花状的铁醇盐可以在低烧结温度下转化为目标产物,从而使得产物能够保持中间体的形貌。300℃热处理条件下,所得样品在电流密度为200 m A/g时首次放电比容量为1360 m A·h/g,循环100次后的容量仍然达到515.6 m A·h/g;相比之下,450和800℃热处理所得样品100次循环后,比容量分别为247.6和206.7 m A·h/g。微纳结构在增加材料的活性的同时,也能够抑制材料的粉化现象,因而所制得的材料表现出较大的比容量和良好的循环性能,为解决Fe_2O_3负极材料循环性能差的问题提供了思路。

铁醇盐多级结构的可控制备及其储锂性能

采用一步水热法,实现了对铁醇盐各种多级结构的可控合成。通过改变反应条件(如:Fe3+与尿素的物质的量比,铁离子价态,反应时间以及反应温度)成功合成了球状、竹节状、纱球状、花状、燕窝状、豆瓣状、薄片状、纸团状和层状结构。此外,还着重研究了花状铁醇盐的储锂性能,并在反应前驱体(如金属醇盐)中寻找锂电负极替代材料。

铝醇盐合成中铁杂质含量的影响因素研究

在铝醇盐合成过程中,铝屑中的铁杂质同时参与了反应形成含铁有机物。主要研究了反应物比例、环境氛围、催化剂、醇种类对醇铝中铁杂质含量的影响。实验证明:反应物比例、催化剂对合成的醇铝中的铁杂质含量没有太大的影响;环境氛围是影响铁杂质生成的重要因素,氧气可以抑制铁有机物的生成。这一规律适用于各种铝醇盐合成过程中对铁杂质含量的研究。