目录
锂离子电池负极材料Fe3O4空心微球合成电性研究 1
前 言 2
1 实验部分 3
11 实验试剂仪器 3
12材料合成 3
2材料表征测试 3
21材料结构形貌表征 4
（1）X射线衍射分析（XRD） 4
（2）材料形貌分析 4
22 电极制备电池组装 4
23电化学测试 4
（1）充放电性测试 4
3 实验结果讨 5
4 结 9
参考文献 9
锂离子电池负极材料Fe3O4空心微球合成电性研究
摘 通简单步溶剂热法制备中空Fe3O4微球作充电锂离子电池（LIB）负极材料制备中空Fe3O4微球分布非常均匀没明显团聚现象均直径300nm中径约200nm作LIB负极材料该空心Fe3O4微球表现出优异倍率性循环性电流密度05C(500mAg1)循环时首次放电容量13001mAh·g1 350次循环容量稳定约6131mAhg1库仑效率接98％优异电性空心结构仅增活性材料电解液接触面积缩短锂离子扩散距离更效缓充电放程中体膨积胀增强电极料材环循定稳性
关键词 四氧化三铁空心球溶剂热锂离子电池负极材料
Synthesis and Electrical Properties of Fe3O4 Hollow Spheres as Anode Material for Lithiumion Batteries
Abstract Hollow Fe3O4 microspheres were prepared via simple onestep solvothermal method as anode material of rechargeable lithium ion battery（LIB） The particle size distribution of the obtained Fe3O4 hollow microspheres is very uniform and there is no obvious agglomeration phenomenon The average diameter of the Fe3O4 is 300nm and the inner diameter of it is about 200nm As an anode material for LIB the Fe3O4 electrode exhibits excellent rate and cycle performance When the current density is 05C (500mAg1) the first discharge capacity is 13001mAhg1 and it stabilizes at about 6131 mAhg1 with a coulombic efficiency of nearly 98 after 350 cycles The excellent electrical properties could be attributed to the hollow structure not only increase the contact area of the active material with the electrolyte shorten the diffusion distance of the lithium ion but also buffer the volume expansion during charging and discharging effectively and enhance the cycle stability of the electrode material
Keywords Fe3O4 hollow sphere solvothermal lithiumion battery anode material
前 言
着科学技术断进步源需求断增加LIB循环寿命较长量密度相较高环境友等优点普遍应便携式电子设备中[1 2]满足高新科学技术发展LIB密量度安全性寿命等提出更高求作LIB重组成部分负极材料研究热点现商LIB负极材料石墨类碳材料石墨理容量较低仅372mAhg1石墨嵌锂电压金属锂接充电时易生成锂枝晶刺穿隔膜造成短路产生重严安问全题找寻安性全高容高量寿命长负极料材代取传统石负墨极显尤重[3]
迄止石墨非石墨碳渡金属氧化物氮化物合金复合材料等已作代LIB负极材料进行研究[47]中渡金属氧化物（TMO）表现出石墨高约三倍理容量成希代商负极材料材料[811]Fe3O4合成简单储量丰富成较低理容量高达 926 mAhg1首次充放电容量较高毒环境友等诸优点受广泛关注[1215]Fe3O4材料征电导性差循环程中体积胀膨严重导致倍率性循稳环定性较差众周知空心结构设计增活性材料电解液接触面积缩短Li+ 扩散距离更效缓充电放程中体膨积胀进提高TMO环循倍性率
文通简单步溶剂热法制备出空心结构Fe3O4微球空心球均径直300nm径200nm尺寸均分性散良作LIB负极材料时Fe3O4空心微球表现出十分优异倍率环循性01C (100mAg1)电流密度充放电循环时首次充放电容量分11113mAhg114006mAhg1增电流密度05C1C进行充放电循环时350次循环逆容量分稳定6131mAhg14369mAhg1空心结构仅增活性材料电解液接触面积缩短Li+扩散距离更效缓充电放程中体膨积胀增强电极料材环循定稳性
1 实验部分
11 实验试剂仪器
实验化学试剂表11中出：
表11 实验化试学剂
六水氯化铁
乙酸铵
乙二醇
聚乙二醇400
乙醇
FeCl36H2O
CH3COONH4
(CH2OH)2
HO(CH2CH2O)nH
C2H6O
分析纯（AR）
分析纯（AR）
分析纯（AR）
分析纯（AR）
分析纯（AR）
实验中仪器设备表12示：
表12 仪器设备
12材料合成
体系中FeCl36H2O作铁源乙二醇（EG）作溶剂原剂CH3COONH4作沉淀剂聚乙二醇（PEG）作表活面性剂[12]步溶热剂法制备中空Fe3O4步骤：
（1）0005molFeCl36H2O加入80mL EG中磁力搅拌溶解直形成均透明橘黄色溶液
（2）溶液中加入003molCH3COONH4搅拌溶解溶液变棕红色滴入1mL PEG磁力搅拌30min混合均匀
（3）量取80mL混合均匀溶液倒入聚四氟乙稀衬100mL锈钢高压反应釜中（填充度百分八十）反釜应密封完200℃保温12h
（4）反应釜冷室温产物转移10mL离心中4000rmin转速离心蒸馏水乙醇离心洗涤三次60℃温度干燥夜黑色粉末
2材料表征测试
21材料结构形貌表征
（1）X射线衍射分析（XRD）
该实验中X射衍线射仪生产德国布克鲁AXS公司型号D8X测试参数条件：室温进行测试压40kVCu靶Kα靶源（γ01504nm）电流20mA步长005扫描速度02os扫描范围10～80°
（2）材料形貌分析
扫描电子显微镜分析（SEM）
实验HITACHI公司生产SU8010扫描电子显微镜材料进行形貌分析测试时电压2kV
透射电子显微镜分析（TEM）
实验日JEOL公司生产JEM2100透射电子显微镜材料进行结构分析测试时电压200kV
22 电极制备电池组装
述 Fe3O4微球作活性材料Super P作导电剂海藻酸钠作粘结剂制备电极片先配置001gmL海藻酸钠水溶液然合成电极材料导电剂粘结剂质量721研磨混合均匀调制成定流动性浆料均匀涂覆铜箔（01mm）鼓风干燥半时放60℃真空中干燥夜动电切片机切成直径12mm极片6MPa压力压片逐称量称电极片作正极锂片作负极隔膜Celgard2400电解液1molLLiPF6溶解体积11碳乙酸烯酯（EC）碳酸二甲酯（DMC）配制成溶液充满Ar手箱套里组装2032型扣纽电池
23电化学测试
（1）充放电性测试
该实验武汉LANDCT2001A电池放充电测试装置室条温件测试电池恒流恒充电恒流放电性电流密度进行测试测试电压围范001～3V
（2）循环伏安测试（CV）
实验CIH760E型电学化工作站电压范围0013V扫描速率01mVs1
（3）交流阻抗测试（EIS）
该实验交流阻抗图均Nyquist谱图海华辰仪器公司CIH760E型电学化工作站学扣电池进行交流阻抗测试测试频率范围00lHz100kHz交流电压振幅值5mV
3 实验结果讨
31 结构形貌
图31 空心球Fe3O4 XRD谱图
图31溶剂热法制备出Fe3O4空心球粉末XRD图谱图中出该样品XRD位置衍射峰Fe3O4标准卡片（JCPDSNo880866）图谱致位183°301°354°371°434°536°571°627°741°处衍射峰分应Fe3O4（111）（220）（311）（222）（400）（422）（511）（440）（533）晶面杂峰现出说明备制出样品纯度非常高Fe3O4晶体杂相衍射峰强度较高宽度较窄说明材料结晶性良
图32 空心球Fe3O4倍率SEM图
图32示该Fe3O4材料场发射扫描电镜(FESEM)片图中明显出采溶热剂法Fe3O4球形颗粒Fe3O4微球非常均匀尺寸约300nm粒颗散分度较没显明团现聚象图32(a)倍率FESEM图图中发现颗粒表面缺口里面中空结构推断出合成中空Fe3O4颗粒
TEM进行进更步验证图33 (a)采溶法剂热制备Fe3O4颗粒TEM图片图中出球形粒颗边缘中心显明度变化说明粒颗确实中空结构空心球均径粒300nm 壁厚约50nm空心部分直径约200nm通Fe3O4颗粒HRTEM图33(b)知空心微球晶体晶面间距026nmFe3O4(311)晶面晶面间距相符合
图33 空心球Fe3O4(a)TEM图(b)HRTEM图
32 电化学测试
图34 Fe3O4电极 001～3V 电压区间(ａ)充放电曲线
(b)循环伏安曲线
图34(a)Fe3O4材料05C（500mAg1）电流密度循环12﹑5﹑10﹑50﹑100300次环循充电放曲线图第次放电曲线中出25～08V电区压间放电曲线剧急降应锂离子插入Fe3O4晶格中电学化反应：位08V处长放电台应Li+续继插入Fe2+Fe3+发生氧化原反应形成金属Fe单质Li2O反应：08～001V电区压间倾斜线曲应电液解电极反生应成SEI膜程综述Fe3O4负极材料电学化反应概括： [3]
05C电流密度进行放充电循环材料首次放电容量13001mAhg1首次充电容量9751mAhg1首次库仑效率75逆容量损失SEI膜形成Li+逆插入放电初始电压2V迅速降075V应Li+插入晶格075V较长电压台应Fe3O4转化反应001V附缓斜坡应SEI膜生成首圈第二圈放电曲线图形相差较原：（1）首圈放电程中电解液锂反应形成固体电解质界面（SEI）膜（2）反应程中部分锂离子嵌入法脱出形成逆容量造成容量衰减[16]（3）首次转化反应程中逆结构转变造成电压台升高
图34(b)扫描电压001V～3V区间扫描速度 01mVs1时Fe3O4电极材料前五次循环循环伏安曲线充放电曲线相应第圈循环伏安曲线中059V处原峰应充放电曲线第次放电电压台发生Fe3+Fe2+原Fe0反应05V左右原峰应SEI膜形成Li+逆插入185V 1 65V 附应逆程Fe0氧化成Fe3+Fe2+逆反应括概：第次环循程中构结转变环循中原峰氧峰化右生发偏移第二次CV环循曲线中出现分位 083V 126V两原峰Fe3+Fe2+原Fe0分成两步反应[17]第2圈第5圈环循CV曲线里阴极峰阳极峰基重合说明电极应反较逆性材料良循环性[18]
图35 Fe3O4负极材料(a) 05C（500mA•g1）电流密度时循环性图
(b) 1C（1000mA•g1）时循环性图 (c)电流密度循环性图
(d)循环前第500次循环交流阻抗图谱
图35(a)(b)分05C1C电流密度进行放充电循环循环曲线图05C图中出初100次环循中材料量容衰减较严重第100次200次量容开始慢缓升200次环循容量开始变稳循环350次时材料充放电容量分维持6108mAhg16131mAhg11C时循环曲线05C时相似表现出空心Fe3O4微球极循环稳定性
图35(c)展示Fe3O4电极材料倍率性图中出01C电流密度料进材行充放电时首次放充电量容分11113mAhg114006mAhg101C02C05C1C2C5C10C 电流密度材料进行充放电分循环10圈放电容量分维持12316mAhg11083mAhg18987mAhg17761mAhg16492mAhg14789mAhg13179mAhg1图中出样品逆容量电流密度增加降低电流充放电造成锂离子扩散力降倍率放电返回倍率放电容量初倍率放电数值相差20循环高Fe3O4理容量放电容量9644mAhg1说明该材料较循环倍率性特殊中空结构保持优异电化学性重原球形中空结构电解液渗透电极材料部利活性材料电解液接触更加充分缩短锂离子传输路程利电荷转移球形中空结构缓解电化学反应程中结构张力变化稳定电极结构[19]
图35(d)Fe3O4负极材料循环测试前1C电流密度500次循环交流阻抗图图中发现条阻谱抗三部分组成低频区斜直线高频区半圆弧高频区前实轴微距截低频区直线表示Li+扩散电阻高频区半圆弧代表电荷转移电阻高频区前实轴微截距代表电池中电解液隔膜电极产生阻电池欧姆阻抗[13]电化学工作站测出Nyqusit图中观察材料较低阻抗值材料未循环前电荷转移电阻1937Ω500次循环电荷转移电阻1278Ω电荷转移电阻减反映空心Fe3O4微球极循环稳定性
4 结
文FeCl36H2O作铁源EG作剂溶原剂CH3COONH4沉淀剂 PEG面表性活剂须续煅烧通简单步溶热剂法制出备纯相亚微米级Fe3O4空心球通结构组成研究发现Fe3O4空心微球分布非常均匀尺寸均颗粒分散性良作LIB负材极料时该Fe3O4空心微球表现出优异循性环倍性率05C1C进行充电放循环时350次循环逆量容分稳定6131mAhg14369mAhg1优异电性空心结构仅增活性材料电解液接触面积缩短Li+扩散距离更效缓充放电程中体积膨积胀增强电极材料循环稳定性
参考文献
[1] B Dunn H Kamath JM Tarascon Electrical energy storage for the grid a battery of choices [J] Science 2011 334(6058) 928
[2] M Armand JM Tarascon Building better batteries [J] Nature 2008 451(7179) 652657
[3] 张宇 锂离子电池负极材料Fe3O4制备性质研究张宇[D] 吉林学 2014
[4] L Gu W Xie S Bai et al Facile fabrication of binderfree NiO electrodes with high rate capacity for lithiumion batteries [J] Applied Surface Science 2016 368 298302
[5] M Yoshio H Wang K Fukuda et al Improvement of natural graphite as a lithiumion battery anode material from raw flake to carboncoated sphere [J] 2004 14(11) 17541758
[6] MS Balogun W Qiu W Wang et al Recent advances in metal nitrides as highperformance electrode materials for energy storage devices [J] Journal of Materials Chemistry A 2014 3(4) 13641387
[7] X Huang S Cui J Chang et al A hierarchical tincarbon composite as an anode for lithiumion batteries with a long cycle life [J] Angewandte Chemie 2015 54(5) 1490
[8] BL Ellis P Knauth T Djenizian Threedimensional selfsupported metal oxides for advanced energy storage [J] Advanced Materials 2014 26(21) 33683397
[9] C Yuan HB Wu Y Xie et al Mixed transitionmetal oxides design synthesis and energyrelated applications [J] Angewandte Chemie 2014 53(6) 14881504
[10] Y Yin W Liu N Huo et al High rate capability and long cycle stability of Fe2O3MgFe2O4 anode material synthesized by gelcast processing [J] Chemical Engineering Journal 2017 307 9991007
[11] N Huo Y Yin W Liu et al Facile synthesis of MgFe2O4C composites as anode materials for lithiumion batteries with excellent cycling and rate performance [J] New Journal of Chemistry 2016 40(8) 70687074
[12] 杨万里 四氧化三铁颗粒制备石墨烯复合材料锂电性研究[D] 兰州学 2014
[13] 井涞荥 Fe3O4C复合材料制备作锂离子电池负极材料性研究 青岛学[D] 2015
[14] GJ Rani KJ Babu GG Kumar et al Watsonia meriana flower like Fe3O4reduced graphene oxide nanocomposite for the highly sensitive and selective electrochemical sensing of dopamine [J] Journal of Alloys and Compounds 2016 688 500512
[15] X Wang Y Liu H Arandiyan et al Uniform Fe3O4 microflowers hierarchical structures assembled with porous nanoplates as superior anode materials for lithiumion batteries [J] Applied Surface Science 2016 389 240246
[16] SM Yuan JX Li LT Yang et al Preparation and Lithium Storage Performances of Mesoporous Fe3O4@C Microcapsules [J] Acs Applied Materials & Interfaces 2011 3(3) 705709
[17] J Zhang Y Yu H Tao et al Uniform hollow Fe3O4 spheres prepared by templatefree solvothermal method as anode material for lithiumion batteries [J] Electrochimica Acta 2012 78(9) 502–507
[18] C Lei F Han Q Sun et al Confined nanospace pyrolysis for the fabrication of coaxial Fe3O4@C hollow particles with a penetrated mesochannel as a superior anode for Liion batteries [J] Chemistry (Weinheim an der Bergstrasse Germany) 2014 20(1) 139145
[19] Y Yin N Huo W Liu et al Hollow spheres of MgFe2O4 as anode material for lithiumion batteries [J] Scripta Materialia 2016 110 9295
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锂离子电池负极材料Fe3O4空心微球合成电性研究 1
前 言 2
1 实验部分 3
11 实验试剂仪器 3
12材料合成 3
2材料表征测试 3
21材料结构形貌表征 4
（1）X射线衍射分析（XRD） 4
（2）材料形貌分析 4
22 电极制备电池组装 4
23电化学测试 4
（1）充放电性测试 4
3 实验结果讨 5
4 结 9
参考文献 9
锂离子电池负极材料Fe3O4空心微球合成电性研究
摘 通简单步溶剂热法制备中空Fe3O4微球作充电锂离子电池（LIB）负极材料制备中空Fe3O4微球分布非常均匀没明显团聚现象均直径300nm中径约200nm作LIB负极材料该空心Fe3O4微球表现出优异倍率性循环性电流密度05C(500mAg1)循环时首次放电容量13001mAh·g1 350次循环容量稳定约6131mAhg1库仑效率接98％优异电性空心结构仅增活性材料电解液接触面积缩短锂离子扩散距离更效缓充电放程中体膨积胀增强电极料材环循定稳性
关键词 四氧化三铁空心球溶剂热锂离子电池负极材料
Synthesis and Electrical Properties of Fe3O4 Hollow Spheres as Anode Material for Lithiumion Batteries
Abstract Hollow Fe3O4 microspheres were prepared via simple onestep solvothermal method as anode material of rechargeable lithium ion battery（LIB） The particle size distribution of the obtained Fe3O4 hollow microspheres is very uniform and there is no obvious agglomeration phenomenon The average diameter of the Fe3O4 is 300nm and the inner diameter of it is about 200nm As an anode material for LIB the Fe3O4 electrode exhibits excellent rate and cycle performance When the current density is 05C (500mAg1) the first discharge capacity is 13001mAhg1 and it stabilizes at about 6131 mAhg1 with a coulombic efficiency of nearly 98 after 350 cycles The excellent electrical properties could be attributed to the hollow structure not only increase the contact area of the active material with the electrolyte shorten the diffusion distance of the lithium ion but also buffer the volume expansion during charging and discharging effectively and enhance the cycle stability of the electrode material
Keywords Fe3O4 hollow sphere solvothermal lithiumion battery anode material
前 言
着科学技术断进步源需求断增加LIB循环寿命较长量密度相较高环境友等优点普遍应便携式电子设备中[1 2]满足高新科学技术发展LIB密量度安全性寿命等提出更高求作LIB重组成部分负极材料研究热点现商LIB负极材料石墨类碳材料石墨理容量较低仅372mAhg1石墨嵌锂电压金属锂接充电时易生成锂枝晶刺穿隔膜造成短路产生重严安问全题找寻安性全高容高量寿命长负极料材代取传统石负墨极显尤重[3]
迄止石墨非石墨碳渡金属氧化物氮化物合金复合材料等已作代LIB负极材料进行研究[47]中渡金属氧化物（TMO）表现出石墨高约三倍理容量成希代商负极材料材料[811]Fe3O4合成简单储量丰富成较低理容量高达 926 mAhg1首次充放电容量较高毒环境友等诸优点受广泛关注[1215]Fe3O4材料征电导性差循环程中体积胀膨严重导致倍率性循稳环定性较差众周知空心结构设计增活性材料电解液接触面积缩短Li+ 扩散距离更效缓充电放程中体膨积胀进提高TMO环循倍性率
文通简单步溶剂热法制备出空心结构Fe3O4微球空心球均径直300nm径200nm尺寸均分性散良作LIB负极材料时Fe3O4空心微球表现出十分优异倍率环循性01C (100mAg1)电流密度充放电循环时首次充放电容量分11113mAhg114006mAhg1增电流密度05C1C进行充放电循环时350次循环逆容量分稳定6131mAhg14369mAhg1空心结构仅增活性材料电解液接触面积缩短Li+扩散距离更效缓充电放程中体膨积胀增强电极料材环循定稳性
1 实验部分
11 实验试剂仪器
实验化学试剂表11中出：
表11 实验化试学剂
六水氯化铁
乙酸铵
乙二醇
聚乙二醇400
乙醇
FeCl36H2O
CH3COONH4
(CH2OH)2
HO(CH2CH2O)nH
C2H6O
分析纯（AR）
分析纯（AR）
分析纯（AR）
分析纯（AR）
分析纯（AR）
实验中仪器设备表12示：
表12 仪器设备
12材料合成
体系中FeCl36H2O作铁源乙二醇（EG）作溶剂原剂CH3COONH4作沉淀剂聚乙二醇（PEG）作表活面性剂[12]步溶热剂法制备中空Fe3O4步骤：
（1）0005molFeCl36H2O加入80mL EG中磁力搅拌溶解直形成均透明橘黄色溶液
（2）溶液中加入003molCH3COONH4搅拌溶解溶液变棕红色滴入1mL PEG磁力搅拌30min混合均匀
（3）量取80mL混合均匀溶液倒入聚四氟乙稀衬100mL锈钢高压反应釜中（填充度百分八十）反釜应密封完200℃保温12h
（4）反应釜冷室温产物转移10mL离心中4000rmin转速离心蒸馏水乙醇离心洗涤三次60℃温度干燥夜黑色粉末
2材料表征测试
21材料结构形貌表征
（1）X射线衍射分析（XRD）
该实验中X射衍线射仪生产德国布克鲁AXS公司型号D8X测试参数条件：室温进行测试压40kVCu靶Kα靶源（γ01504nm）电流20mA步长005扫描速度02os扫描范围10～80°
（2）材料形貌分析
扫描电子显微镜分析（SEM）
实验HITACHI公司生产SU8010扫描电子显微镜材料进行形貌分析测试时电压2kV
透射电子显微镜分析（TEM）
实验日JEOL公司生产JEM2100透射电子显微镜材料进行结构分析测试时电压200kV
22 电极制备电池组装
述 Fe3O4微球作活性材料Super P作导电剂海藻酸钠作粘结剂制备电极片先配置001gmL海藻酸钠水溶液然合成电极材料导电剂粘结剂质量721研磨混合均匀调制成定流动性浆料均匀涂覆铜箔（01mm）鼓风干燥半时放60℃真空中干燥夜动电切片机切成直径12mm极片6MPa压力压片逐称量称电极片作正极锂片作负极隔膜Celgard2400电解液1molLLiPF6溶解体积11碳乙酸烯酯（EC）碳酸二甲酯（DMC）配制成溶液充满Ar手箱套里组装2032型扣纽电池
23电化学测试
（1）充放电性测试
该实验武汉LANDCT2001A电池放充电测试装置室条温件测试电池恒流恒充电恒流放电性电流密度进行测试测试电压围范001～3V
（2）循环伏安测试（CV）
实验CIH760E型电学化工作站电压范围0013V扫描速率01mVs1
（3）交流阻抗测试（EIS）
该实验交流阻抗图均Nyquist谱图海华辰仪器公司CIH760E型电学化工作站学扣电池进行交流阻抗测试测试频率范围00lHz100kHz交流电压振幅值5mV
3 实验结果讨
31 结构形貌
图31 空心球Fe3O4 XRD谱图
图31溶剂热法制备出Fe3O4空心球粉末XRD图谱图中出该样品XRD位置衍射峰Fe3O4标准卡片（JCPDSNo880866）图谱致位183°301°354°371°434°536°571°627°741°处衍射峰分应Fe3O4（111）（220）（311）（222）（400）（422）（511）（440）（533）晶面杂峰现出说明备制出样品纯度非常高Fe3O4晶体杂相衍射峰强度较高宽度较窄说明材料结晶性良
图32 空心球Fe3O4倍率SEM图
图32示该Fe3O4材料场发射扫描电镜(FESEM)片图中明显出采溶热剂法Fe3O4球形颗粒Fe3O4微球非常均匀尺寸约300nm粒颗散分度较没显明团现聚象图32(a)倍率FESEM图图中发现颗粒表面缺口里面中空结构推断出合成中空Fe3O4颗粒
TEM进行进更步验证图33 (a)采溶法剂热制备Fe3O4颗粒TEM图片图中出球形粒颗边缘中心显明度变化说明粒颗确实中空结构空心球均径粒300nm 壁厚约50nm空心部分直径约200nm通Fe3O4颗粒HRTEM图33(b)知空心微球晶体晶面间距026nmFe3O4(311)晶面晶面间距相符合
图33 空心球Fe3O4(a)TEM图(b)HRTEM图
32 电化学测试
图34 Fe3O4电极 001～3V 电压区间(ａ)充放电曲线
(b)循环伏安曲线
图34(a)Fe3O4材料05C（500mAg1）电流密度循环12﹑5﹑10﹑50﹑100300次环循充电放曲线图第次放电曲线中出25～08V电区压间放电曲线剧急降应锂离子插入Fe3O4晶格中电学化反应：位08V处长放电台应Li+续继插入Fe2+Fe3+发生氧化原反应形成金属Fe单质Li2O反应：08～001V电区压间倾斜线曲应电液解电极反生应成SEI膜程综述Fe3O4负极材料电学化反应概括： [3]
05C电流密度进行放充电循环材料首次放电容量13001mAhg1首次充电容量9751mAhg1首次库仑效率75逆容量损失SEI膜形成Li+逆插入放电初始电压2V迅速降075V应Li+插入晶格075V较长电压台应Fe3O4转化反应001V附缓斜坡应SEI膜生成首圈第二圈放电曲线图形相差较原：（1）首圈放电程中电解液锂反应形成固体电解质界面（SEI）膜（2）反应程中部分锂离子嵌入法脱出形成逆容量造成容量衰减[16]（3）首次转化反应程中逆结构转变造成电压台升高
图34(b)扫描电压001V～3V区间扫描速度 01mVs1时Fe3O4电极材料前五次循环循环伏安曲线充放电曲线相应第圈循环伏安曲线中059V处原峰应充放电曲线第次放电电压台发生Fe3+Fe2+原Fe0反应05V左右原峰应SEI膜形成Li+逆插入185V 1 65V 附应逆程Fe0氧化成Fe3+Fe2+逆反应括概：第次环循程中构结转变环循中原峰氧峰化右生发偏移第二次CV环循曲线中出现分位 083V 126V两原峰Fe3+Fe2+原Fe0分成两步反应[17]第2圈第5圈环循CV曲线里阴极峰阳极峰基重合说明电极应反较逆性材料良循环性[18]
图35 Fe3O4负极材料(a) 05C（500mA•g1）电流密度时循环性图
(b) 1C（1000mA•g1）时循环性图 (c)电流密度循环性图
(d)循环前第500次循环交流阻抗图谱
图35(a)(b)分05C1C电流密度进行放充电循环循环曲线图05C图中出初100次环循中材料量容衰减较严重第100次200次量容开始慢缓升200次环循容量开始变稳循环350次时材料充放电容量分维持6108mAhg16131mAhg11C时循环曲线05C时相似表现出空心Fe3O4微球极循环稳定性
图35(c)展示Fe3O4电极材料倍率性图中出01C电流密度料进材行充放电时首次放充电量容分11113mAhg114006mAhg101C02C05C1C2C5C10C 电流密度材料进行充放电分循环10圈放电容量分维持12316mAhg11083mAhg18987mAhg17761mAhg16492mAhg14789mAhg13179mAhg1图中出样品逆容量电流密度增加降低电流充放电造成锂离子扩散力降倍率放电返回倍率放电容量初倍率放电数值相差20循环高Fe3O4理容量放电容量9644mAhg1说明该材料较循环倍率性特殊中空结构保持优异电化学性重原球形中空结构电解液渗透电极材料部利活性材料电解液接触更加充分缩短锂离子传输路程利电荷转移球形中空结构缓解电化学反应程中结构张力变化稳定电极结构[19]
图35(d)Fe3O4负极材料循环测试前1C电流密度500次循环交流阻抗图图中发现条阻谱抗三部分组成低频区斜直线高频区半圆弧高频区前实轴微距截低频区直线表示Li+扩散电阻高频区半圆弧代表电荷转移电阻高频区前实轴微截距代表电池中电解液隔膜电极产生阻电池欧姆阻抗[13]电化学工作站测出Nyqusit图中观察材料较低阻抗值材料未循环前电荷转移电阻1937Ω500次循环电荷转移电阻1278Ω电荷转移电阻减反映空心Fe3O4微球极循环稳定性
4 结
文FeCl36H2O作铁源EG作剂溶原剂CH3COONH4沉淀剂 PEG面表性活剂须续煅烧通简单步溶热剂法制出备纯相亚微米级Fe3O4空心球通结构组成研究发现Fe3O4空心微球分布非常均匀尺寸均颗粒分散性良作LIB负材极料时该Fe3O4空心微球表现出优异循性环倍性率05C1C进行充电放循环时350次循环逆量容分稳定6131mAhg14369mAhg1优异电性空心结构仅增活性材料电解液接触面积缩短Li+扩散距离更效缓充放电程中体积膨积胀增强电极材料循环稳定性
参考文献
[1] B Dunn H Kamath JM Tarascon Electrical energy storage for the grid a battery of choices [J] Science 2011 334(6058) 928
[2] M Armand JM Tarascon Building better batteries [J] Nature 2008 451(7179) 652657
[3] 张宇 锂离子电池负极材料Fe3O4制备性质研究张宇[D] 吉林学 2014
[4] L Gu W Xie S Bai et al Facile fabrication of binderfree NiO electrodes with high rate capacity for lithiumion batteries [J] Applied Surface Science 2016 368 298302
[5] M Yoshio H Wang K Fukuda et al Improvement of natural graphite as a lithiumion battery anode material from raw flake to carboncoated sphere [J] 2004 14(11) 17541758
[6] MS Balogun W Qiu W Wang et al Recent advances in metal nitrides as highperformance electrode materials for energy storage devices [J] Journal of Materials Chemistry A 2014 3(4) 13641387
[7] X Huang S Cui J Chang et al A hierarchical tincarbon composite as an anode for lithiumion batteries with a long cycle life [J] Angewandte Chemie 2015 54(5) 1490
[8] BL Ellis P Knauth T Djenizian Threedimensional selfsupported metal oxides for advanced energy storage [J] Advanced Materials 2014 26(21) 33683397
[9] C Yuan HB Wu Y Xie et al Mixed transitionmetal oxides design synthesis and energyrelated applications [J] Angewandte Chemie 2014 53(6) 14881504
[10] Y Yin W Liu N Huo et al High rate capability and long cycle stability of Fe2O3MgFe2O4 anode material synthesized by gelcast processing [J] Chemical Engineering Journal 2017 307 9991007
[11] N Huo Y Yin W Liu et al Facile synthesis of MgFe2O4C composites as anode materials for lithiumion batteries with excellent cycling and rate performance [J] New Journal of Chemistry 2016 40(8) 70687074
[12] 杨万里 四氧化三铁颗粒制备石墨烯复合材料锂电性研究[D] 兰州学 2014
[13] 井涞荥 Fe3O4C复合材料制备作锂离子电池负极材料性研究 青岛学[D] 2015
[14] GJ Rani KJ Babu GG Kumar et al Watsonia meriana flower like Fe3O4reduced graphene oxide nanocomposite for the highly sensitive and selective electrochemical sensing of dopamine [J] Journal of Alloys and Compounds 2016 688 500512
[15] X Wang Y Liu H Arandiyan et al Uniform Fe3O4 microflowers hierarchical structures assembled with porous nanoplates as superior anode materials for lithiumion batteries [J] Applied Surface Science 2016 389 240246
[16] SM Yuan JX Li LT Yang et al Preparation and Lithium Storage Performances of Mesoporous Fe3O4@C Microcapsules [J] Acs Applied Materials & Interfaces 2011 3(3) 705709
[17] J Zhang Y Yu H Tao et al Uniform hollow Fe3O4 spheres prepared by templatefree solvothermal method as anode material for lithiumion batteries [J] Electrochimica Acta 2012 78(9) 502–507
[18] C Lei F Han Q Sun et al Confined nanospace pyrolysis for the fabrication of coaxial Fe3O4@C hollow particles with a penetrated mesochannel as a superior anode for Liion batteries [J] Chemistry (Weinheim an der Bergstrasse Germany) 2014 20(1) 139145
[19] Y Yin N Huo W Liu et al Hollow spheres of MgFe2O4 as anode material for lithiumion batteries [J] Scripta Materialia 2016 110 9295
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