【摘 要】
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为实现酸洗铁红的高附加值利用,本文以酸洗铁红为原料,针对铁基锂离子电池电极材料α-Fe2O3和FeS充放电循环过程中体积膨胀,和LiFePO4/C电导率低等问题,对铁基电极材料进行异类离子铁位掺杂、原位硫化复合和碳热还原阴离子掺杂改性,系统研究了所得材料的微观结构和电化学性能。采用简单固相法惰性气氛下制备了 Cr掺杂α-Fe2O3负极材料。第一性原理计算,表明Cr掺杂可以减小α-Fe2O3的禁带宽
【基金项目】
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国家自然基金（No.51674068）；
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为实现酸洗铁红的高附加值利用,本文以酸洗铁红为原料,针对铁基锂离子电池电极材料α-Fe2O3和FeS充放电循环过程中体积膨胀,和LiFePO4/C电导率低等问题,对铁基电极材料进行异类离子铁位掺杂、原位硫化复合和碳热还原阴离子掺杂改性,系统研究了所得材料的微观结构和电化学性能。采用简单固相法惰性气氛下制备了 Cr掺杂α-Fe2O3负极材料。第一性原理计算,表明Cr掺杂可以减小α-Fe2O3的禁带宽度,导致杂质能级的出现,提高电导率。同时XPS分析表明,高价离子的电子补偿和氧空位的出现是改善α-Fe2O3电化学性能的重要原因。掺杂量为4%的样品在0.1 A g-1电流密度下,放电和充电比容量高达1624/1065.9 mAh g-1,循环150圈后,仍能保持971.3 mAh g-1的可逆比容量。以酸洗铁红作为铁源,采用简单的原位硫化酸洗铁红的方法,通过控制硫源的添加量制备了不同复合比例的FeS/Fe304复合材料和纯FeS。电化学测试表明,独特的复合材料结构设计可以显著提高FeS的综合电化学性能,表明FeS与Fe3O4之间的协同效应是改善电化学性能的重要原因。0.1 A g-1电流密度下,初始放电和充电比容量分别为1182.0和994.7 mAh g-1。0.5 A g-1电流密度下循环300次后仍能保持414.8 mAh g-1的可逆容量。采用酸洗铁红作为铁源,制备了 LFP/C正极材料。通过正交实验优化了实验条件,然后在此基础上进行掺杂改性,优选出3%的Cl掺杂LFP/C正极材料。电化学测试表明,在0.1 C倍率下获得了 164.1 mAh g-1的初始比容量。先在0.1 C电流密度下循环100次,然后在10 C电流密度下循环500次,仍能保持96.4 mAhg-1的可逆比容量。
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