四氧化三鐵-碳納米管復(fù)合材料的合成及其鋰電性能的研究.pdf

1、鋰離子電池由于能量密度高、充放電速度快、循環(huán)性能優(yōu)良、環(huán)境友好和低成本成為人們研究的熱點(diǎn)，來(lái)滿足社會(huì)進(jìn)步發(fā)展的需求，成為使用最廣泛的二次電池。對(duì)高能量密度、循環(huán)性能優(yōu)良的負(fù)極材料的探索已經(jīng)積極展開。
　　四氧化三鐵具有比容量高、生產(chǎn)成本低、自然儲(chǔ)量豐富及對(duì)環(huán)境和生物無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的負(fù)極材料之一。
　　碳納米管作為負(fù)極材料也吸引了廣泛的關(guān)注。由于其優(yōu)良的導(dǎo)電性，比表面積高，超薄的管壁和結(jié)構(gòu)的靈活以及穩(wěn)定性，碳納米

2、管作為添加劑在構(gòu)建納米復(fù)合材料中的作用十分突出。其大的比表面積可以確保電解質(zhì)與電極之間有效的接觸面積，超薄管壁以及中空結(jié)構(gòu)縮短鋰離子擴(kuò)散的距離。此外，碳納米管互相纏繞接觸形成獨(dú)特的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為電子傳遞提供優(yōu)良連續(xù)的導(dǎo)電通路。碳納米管不僅可以作為導(dǎo)電材料，在快速充放電過程中還能夠作為優(yōu)秀的惰性組分來(lái)緩沖適應(yīng)體積變化的產(chǎn)生的壓力。
　　因此，性能優(yōu)良的電極可通過將高容量的四氧化三鐵與具有獨(dú)特導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳納米管的復(fù)合而得到，是一種很

3、有前景的方法。
　　在本論文中，使用兩種不同的方法合成了Fe3O4/MWNTs納米復(fù)合材料，并且研究了它們作為鋰離子電池負(fù)極材料的性能，具體如下:
　　第一個(gè)實(shí)驗(yàn)在丙三醇-甲醇體系中溶劑熱反應(yīng)后在氬氣中煅燒得到Fe3O4/MWNTs復(fù)合材料。在復(fù)合物中，四氧化三鐵顆粒生長(zhǎng)在碳納米管表面上，顆粒尺寸約為10～20 nm，顆粒很小并且分布非常均勻。在電流密度為100 mAg-1的條件下，F(xiàn)e3O4/MWNTs(1∶1)的首次循環(huán)

4、可逆容量為1184 mAh g-1，在50次循環(huán)充放電后可逆容量穩(wěn)定在829 mAh g-1。在電流密度分別為100，200，400，800，1600和3200 mA g-1的條件下，F(xiàn)e3O4/MWNTs(1∶1)的可逆容量分別為714，686，624，541，408和294 mAh g-1。用這種方法合成的Fe3O4/MWNTs復(fù)合材料展現(xiàn)出了良好的電極性能。
　　第二個(gè)實(shí)驗(yàn)在丙二醇-乙醇體系中直接溶劑熱合成Fe3O4/ MW

5、NTs納米復(fù)合材料。在電流密度為100 mA g-1的條件下，F(xiàn)e3O4/MWNTs的首次循環(huán)可逆容量為420 mAh g-1，在50次充放電循環(huán)后緩慢上升到490 mAh g-1，在100次循環(huán)后可逆容量為600 mAh g-1，在200次循環(huán)后可逆容量達(dá)到653 mAh g-1，在300次循環(huán)后容量仍然保持在605 mAh g-1，說明用這種方法Fe3O4/MWNTs復(fù)合材料的恒流長(zhǎng)循環(huán)性能非常優(yōu)異。
　　在本論文中合成的Fe