Page 124 - 《精细化工》2020年第8期
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·1622·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

                                                        [1]
            式电子设备、新能源汽车以及固定电源存储等领域 。                           Cu 靶为靶源，加速电压和加速电流分别为 40 kV 和
            目前，锂离子电池产业中已工业化生产的石墨负极                             30 mA，扫描速度为 5 (°)/min，扫描范围为 5°~90°〕。
            材料理论比容量较低（约 372 mA·h/g）且安全性差，                      采用日本日立公司的 SU5000 场发射扫描电子显微
            已无法满足当代社会发展对锂离子电池储能系统的                             镜（SEM）对样品的形貌以及循环后的电极材料的
                                  [2]
            新要求。自 POIZOT 等 开创性地报道了过渡金属                         形貌进行分析。
            氧化物（TOMs）作为锂离子电池负极材料的研究工                           1.2.3    电极的制备及电化学性能测试
            作以 来， TOMs 就因 具有 较高 的理论 容量 （ 约                         将制备好的 α-Fe 2 O 3 电极材料与 Super P、PVDF
            600~1200 mA·h/g）和良好的安全性能引起了研究者                     按照质量比 7∶2∶1 称取，并放入玛瑙研钵中研磨
            极大的兴趣。其中，Fe 2 O 3 因理论比容量高（约                        得到稀稠度适中的浆料，将研磨好的浆料涂覆在铜
            1007 mA·h/g）、来源广泛、价格低廉、环境友好而受                      箔上，80  ℃下烘干 12 h。然后用裁片机将其冲裁成
            到了人们的广泛关注          [3-4] 。然而，Fe 2 O 3 也存在一些        直径为 16  mm 的圆 形 极片（活性物质载量
            缺点，即导电率低、充放电循环过程中显著的体积                             ~0.5 mg/cm ）备用。将冲裁好的极片作为工作电极，
                                                                         2
            效应，限制了其在锂离子电池中的应用                   [5-6] 。        以金属锂片为对电极，以聚丙烯多孔膜为隔膜，以
                 形貌调控是改善 Fe 2 O 3 储锂性能行之有效的方                   1.0  mol/L  LiPF 6 的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯
            法之一    [7-8] 。大多数形貌调控是通过水热法来实现                     （DMC）和碳酸二乙酯（DEC）〔V(EC)∶V(DMC)∶
            的，但该法对设备及安全性要求高，操作条件相对                             V(DEC)=1∶1∶1〕为电解液，在氩气保护的手套箱
            苛刻，不利于材料的大规模生产。因此，寻找简便、                            〔米开罗那（中国）有限公司的 Super（1220/750/
            高效、成本低廉的纳米 Fe 2 O 3 锂离子电池负极材料
                                                               900）型〕中组装成 CR2016 型纽扣电池。
            的制备方法至关重要。
                                                                   使用上海辰华仪器有限公司生产的 CHI760E 型
                 本文拟以 Fe(OH) 3 胶体为铁源，以蔗糖为辅助
                                                               电化学工作站对组装好的扣式电池进行 CV（扫描速
            剂，通过一步烧结法获得二维片状结构的 Fe 2 O 3 来
                                                               率范围为 0.1~2.5  mV/s ）和 EIS （频率范围为
            系统考察烧结温度对最终产物的微观结构以及储锂
                                                                          5
                                                                   –2
                                                               1×10 ~1×10  Hz，交流信号振幅为 5 mV）电化学测
            性能的影响，从而探索一种简便、高效、有望用于
                                                               试，其中 CV 测试的电位窗口为 0.01~3.0  V  (vs.
            大规模制备纳米 TOMs 电极材料的方法。
                                                                 +
                                                               Li /Li)。对于不同循环圈数的 EIS 测试，其电位为全
            1    实验部分                                          充电态时的开路电位。使用 Neware  BTS-5  V/10  mA
                                                               型多通道电池测试系统（深圳市新威尔电子有限公
            1.1   主要试剂                                         司）对组装好的扣式电池在恒温 25  ℃下进行恒电
                 FeCl 3 •6H 2 O、蔗糖（C 12 H 22 O 11 ），AR，西陇化     流充放电测试，电位窗口设置为 0.01~3.0  V  (vs.
            工股份有限公司；导电碳黑（Super  P），瑞士特密                          +
                                                               Li /Li)。
            高公司；聚偏氟乙烯（PVDF），法国阿科玛公司。
            1.2   方法                                           2   结果与讨论
            1.2.1    样品的制备
                 首先，称取 2.7 g（0.001 mol）FeCl 3•6H 2O 于 50 mL    2.1   结构表征
            蒸馏水中，借助超声使其充分溶解，从而得到浓度                                 图 1 是不同烧结温度下样品的 XRD 谱图。
            为 0.2 mol/L 的 FeCl 3 溶液。随后，将 FeCl 3 溶液逐滴
                                     3+
            加入到 500 mL 沸水中，Fe 逐步水解，形成砖红色
            Fe(OH) 3 胶体，浓度为 0.018 mol/L。量取已制备好的
            胶体 52.5 mL，将 2.0 g 蔗糖（0.0058 mol）溶解在
                             3+
            Fe(OH) 3 胶体中（Fe 与蔗糖的物质的量比值为 0.16），
            并将混合物置于超声波清洗仪中超声 30 min。然后将
            所得的混合物置于陶瓷干锅中，马弗炉中以 5  ℃
            /min 的升温速度分别从室温升温至 400、500、600 和
            700  ℃，并在相应温度下恒温 3 h，随炉冷却后取出，
            得到 α-Fe 2 O 3 电极材料。
            1.2.2    材料的物理表征
                                                                     图 1    不同烧结温度下样品的 XRD 谱图
                 采用荷兰帕纳科公司的 X'Pert 3 Powder 型多功                Fig. 1    XRD patterns of the as-prepared samples sintered at
            能 X 射线衍射仪（XRD）对样品进行物相分析〔以                                different temperatures
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