鋰離子電池由于具有高功率和高能量密度,受到人們的廣泛關(guān)注和使用,隨著市場(chǎng)需求量增大,對(duì)電池的性能要求也越來越高。電池的負(fù)極材料是決定電池的性能的關(guān)鍵部分,因此研發(fā)低成本、高性能的負(fù)極材料也越來越重要。過渡金屬Fe元素由于最外層d軌道電子未完全填充,當(dāng)其與非金屬元素O、N、C等結(jié)合時(shí),發(fā)生還原反應(yīng)可呈現(xiàn)多種價(jià)態(tài),從而可有效儲(chǔ)存能量。因此鐵的化合物是極具潛力的負(fù)極材料,鐵的氧化物、氮化物、和碳化物由于儲(chǔ)量高、成本低、易制備且具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,因此在鋰離子電池負(fù)極材料的研發(fā)中備受關(guān)注。但同時(shí)也存在諸多問題,比如導(dǎo)電性較差,充放電循環(huán)過程中易發(fā)生體積變化等,為了改善這些問題,本文中將其與碳材料進(jìn)行復(fù)合,分別研究了碳材料復(fù)合氧化亞鐵、碳材料復(fù)合氮化鐵、碳材料復(fù)合碳化鐵負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能,具體的研究?jī)?nèi)容如下:（1）以液態(tài)聚丙烯腈（LPAN）和氧化鐵為原料,通過球磨、預(yù)氧化和熱處理等過程制備出FeO/Fe@C的復(fù)合物,分別研究了在熱處理溫度450℃、550℃、650℃、750℃、850℃以及熱處理保溫時(shí)間為2 h、4 h、6 h復(fù)合物的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能,得出最佳熱處理溫度為850℃,最佳... 

【文章來源】：深圳大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

LiCoO2的晶體結(jié)構(gòu)圖[17]

氮摻雜碳材料復(fù)合鐵的化合物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究11要遠(yuǎn)高于石墨，但是在充放電過程中體積容易發(fā)生變化造成結(jié)構(gòu)塌陷[34]，且充放電效率比較低，因此研究者們將其與碳材料（比如石墨、石墨烯等）進(jìn)行復(fù)合，利用優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效應(yīng)，有的文獻(xiàn)報(bào)道中容量已經(jīng)可以做到1000mAh/g以上[35]。氮化鐵和碳化鐵因?yàn)榕c鋰離子可形成氮化鋰與碳化鋰，并且N-Li和C-Li結(jié)合沒有O-Li那么牢固，結(jié)合的鋰較易釋放，并且在充放電過程中體積變化不大[36]。1.4.1石墨烯簡(jiǎn)介石墨烯自從發(fā)現(xiàn)以來，備受人們青睞，因?yàn)樗凶约邯?dú)特的性能。它的結(jié)構(gòu)如圖2所示，每個(gè)碳原子與周圍3個(gè)碳原子以SP2雜化，每六個(gè)碳原子連接成環(huán)，形成二維平面結(jié)構(gòu)，而它的獨(dú)特性在于它是單層的，可通過翹曲變成零維的富勒烯結(jié)構(gòu)，也可卷曲為一維的碳納米管結(jié)構(gòu)，還可堆疊為三維的石墨結(jié)構(gòu)[37]。單層石墨烯的比表面積高達(dá)2600m2/g，而厚度僅有0.334nm。并且由于每個(gè)碳原子上均由一個(gè)未成鍵的P軌道電子，就在兩側(cè)形成了流動(dòng)性較好的大π鍵電子，具有高導(dǎo)電率，可達(dá)2.02*104S/m[38]。石墨烯的強(qiáng)度性能也很突出，測(cè)得楊氏模量為0.25TPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼和鉆石[39]。石墨烯的這些優(yōu)良性能為鋰離子電池負(fù)極材料的一些缺陷（比如體積膨脹、導(dǎo)電性差等）提供了優(yōu)勢(shì)，所以是負(fù)極材料常用的復(fù)合材料[40]。圖1-3石墨烯結(jié)構(gòu)圖[38]Fig1-3Schematicofgraphemestructure[38].1.4.2碳材料復(fù)合鐵的氧化物負(fù)極材料的制備及研究現(xiàn)狀隨著電動(dòng)汽車和各種電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電池也發(fā)揮著越來越重要的作用，其中鋰離子電池也在市場(chǎng)中脫穎而出，但是也提出了更高的要求，需要電池具有更高的充放電比容量，更好的循環(huán)穩(wěn)定性，以及更優(yōu)異的倍率性能[41]。而負(fù)極材料是決定電池容量

氮摻雜碳材料復(fù)合鐵的化合物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究24氣氣氛下的熱處理（650℃~850℃），制備出氧化亞鐵與類石墨烯結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，再通過檸檬酸和鹽酸優(yōu)化處理，使得結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)一步提升。3.2以LPAN為原料制備的含氮石墨烯形貌及結(jié)構(gòu)表征本章節(jié)中所用氮摻雜碳材料是由液態(tài)聚丙烯腈低聚物（LPAN）經(jīng)過低溫預(yù)氧化（一般為220℃），再于氬氣氣氛中經(jīng)過不同溫度熱處理得到的。不同處理溫度可得到不同交聯(lián)程度的類石墨烯結(jié)構(gòu)，當(dāng)處理溫度較低時(shí)，我們簡(jiǎn)稱為氮摻雜碳材料，當(dāng)處理溫度升到2600~3000℃時(shí)可得到性能優(yōu)異的含氮石墨烯結(jié)構(gòu)，它在掃描電子顯微鏡下（SEM）形貌如圖3.1所示。從圖3-1（a,b）可看出，石墨烯的邊緣呈現(xiàn)褶皺卷曲的狀態(tài)，呈片狀鋪展開來。圖3-1（c.d）則可看出石墨烯的的立體片層結(jié)構(gòu)，從剖面的角度呈現(xiàn)出多層的片狀，它們相互疊加，在1萬倍的當(dāng)大倍率下看著似乎有點(diǎn)堆疊在一起，而放大到5萬倍時(shí)則能看出層與層之間是有間隔的。圖3-1以LPAN為原料制備的含氮石墨烯的SEM圖Fig3-1SEMimagesofN-graphemefabricatedbyLPANprecursor除了做形態(tài)上的分析，我們還對(duì)石墨烯做了拉曼光譜表征，這種分析手段一般用于非極性材料，很適合用來表征碳材料。如圖3-2（a），從石墨烯拉曼光譜圖上我們可以


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