【摘 要】
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近些年来,复合铌基材料作为锂离子电池的负极材料因其具有较高的理论容量、较高的工作电压和优异的倍率性能等优势而受到广泛的关注。然而,这种材料较差的电导率和反应动力学限制了其在实际储能中的应用。为了克服这些问题,研究者尝试着利用各种手段对其进行改性,如材料纳米化,对其包覆导电材料,掺杂等。在此,本文报道了两种复合铌基材料(FeNb11O29和Fe0.5Nb24.5O62)的制备方法和改性手段,并通过电
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近些年来,复合铌基材料作为锂离子电池的负极材料因其具有较高的理论容量、较高的工作电压和优异的倍率性能等优势而受到广泛的关注。然而,这种材料较差的电导率和反应动力学限制了其在实际储能中的应用。为了克服这些问题,研究者尝试着利用各种手段对其进行改性,如材料纳米化,对其包覆导电材料,掺杂等。在此,本文报道了两种复合铌基材料(FeNb11O29和Fe0.5Nb24.5O62)的制备方法和改性手段,并通过电化学性能测试和分析。对于FeNb11O29材料,本文采用静电纺丝方法制备FeNb11O29纳米管。在0.1 C时,FeNb11O29纳米管输出高达272.64 m Ah g-1的容量,初始库仑效率为90.13%。同时,该材料具有优异的循环稳定性（在2000次循环中,每个循环的容量衰减仅为0.0123%）。此外,本文利用原位XRD技术研究了锂离子在FeNb11O29纳米管中嵌入和脱出的机理。为了验证其潜在的应用价值,本文将FeNb11O29纳米管与LiFePO4配对组装成全电池。这个全电池显示出良好的电化学性能。因此,FeNb11O29纳米管可作为锂离子电池理想的负极材料。对于Fe0.5Nb24.5O62材料,本文在使用静电纺丝法的基础上,通过蒸碳法合成了Fe0.5Nb24.5O62-x@C纳米线。相比于固相法合成的Fe0.5Nb24.5O62,Fe0.5Nb24.5O62-x@C纳米线具有更好的电子电导率和离子电导率,从而提升了该材料的电化学性能。实验表明,Fe0.5Nb24.5O62-x@C纳米线的初始比容量可达到273.1 m Ah g-1,相应的库仑效率为92.19%;在2000次循环之后,Fe0.5Nb24.5O62-x@C纳米线的比容量可达到213.9m Ah g-1。原位XRD研究表明,Fe0.5Nb24.5O62-x@C纳米线在充放电过程中,其结构可逆。Fe0.5Nb24.5O62-x@C纳米线的赝电容行为在本文也进行了研究。最后,本文以Fe0.5Nb24.5O62-x@C作为负极,LiCO2作为正极组装了一个全电池模型,该模型具有良好的电化学性能。
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