Page 125 - 《精细化工》2020年第8期

第 8 期 姚金环，等: 烧结温度对 Fe(OH) 3 胶体制备 Fe 2 O 3 材料储锂性能的影响 ·1623·

从图 1 可以看出，烧结温度为 400 ℃样品的衍 形貌与葡萄糖受热分解形成的模板有关：在氢氧化
射峰中除了 α-Fe 2 O 3 相的衍射峰外，还出现了较弱 铁溶胶和蔗糖混合液加热过程中，随着温度的升高
[9]
的 Fe 3 O 4 的衍射峰（JCPDS No.6531-07） ，表明 和水分的蒸发，蔗糖会发生焦糖化反应形成黏稠的
400 ℃烧结温度时有少量的 Fe 3 O 4 相没有转化为 焦糖；进一步加热焦糖会分解释放出大量的气体
α-Fe 2 O 3 相。当烧结温度为 500、600 和 700 ℃时， （CO 2 和 H 2 O），并使其自身发生膨胀形成二维模
3 种样 品的 衍射 峰 位 置 均 与 α-Fe 2 O 3 （ JCPDS 板；最后焦糖完全分解去除后得到二维片状结构的
No.33-0664）衍射峰的位置对应，说明在这 3 种烧 氧化铁样品。烧结温度低时（400 ℃），焦糖的分解
[10]
结温度下均可得到单相的 α-Fe 2 O 3 。这主要因为， 反应较为温和，因此样品的二维形貌并不明显；随
3+
高温下更有利于 Fe 的生成 [11] 。 着烧结温度的提高，样品的二维形貌越来越明显，并
图 2 对比了不同烧结温度下样品的 SEM 图。从 且初级颗粒也越来越均匀；尤其是 700 ℃烧结样品
图 2 可以看出，4 种样品的形貌主要为二维片状形 的初级颗粒变得很松散（图 2k、l），这主要是因为，
貌，而二维片又是由许多小颗粒组成。样品的二维 模板框架随着温度的升高而剧烈膨胀导致的。

a~c—400 ℃; d~f—500 ℃; g~i—600 ℃; j~l—700 ℃
图 2 不同烧结温度下制备样品的 SEM 图
Fig. 2 SEM images of the as-prepared samples sintered at different temperatures

2.2 电化学性能分析 值最大，说明 400 ℃烧结样品的初期电化学活性
图 3 为 4 种烧结温度下 Fe 2 O 3 样品电极在 0.1 mV/s 最好。
扫描速度下的 CV 曲线。其中，图 3a 为第 1 圈的 图 4a 是 4 种烧结温度下 Fe 2 O 3 样品电极在 0.5
CV 曲线，图 3b 为第 3 圈的 CV 曲线。由图 3a 可知， A/g 电流密度下活化 10 圈后，又在 1.0 A/g 电流密度
4 种 Fe 2O 3 样品电极在第 1 圈负向扫描时，在 0.50~0.75 下循环 450 圈的性能对比。4 个样品的首圈放电比容
V 之间均出现明显且尖锐的还原峰，该峰对应于 Li + 量分别为 1518.9、1031.8、1064.1 和 1198.1 mA·h/g，
0
3+
嵌入到 Fe 2 O 3 电极材料中，Fe 向 Fe 的还原反应以 对应的库伦效率分别为 73.9%、77.0%、58.4%和
及电解液不可逆反应形成 SEI 膜的过程 [12-13] 。在第 55.7%；随着循环的进行，电极的放电比容量先降低
1 圈正向扫描时，4 种样品在 1.5~2.0 V 附近都出现 再升高，库伦效率也随之升高到 99%以上，容量降
0
了较宽的氧化峰，该峰的出现代表了 Fe 氧化成 Fe 2+ 低主要为电解液的分解以及 SEI 膜的不断生成等不
3+
进而向 Fe 的转化 [14] 。与第 1 圈 CV 曲线对比，可 可逆反应引起的容量损失 [15] ，后期的容量升高则是
以明显观察到，第 3 圈 CV 曲线的峰强度明显减弱， 由电极的不断活化引起的 [16] 。对比 4 种样品电极的
并且还原峰和氧化峰都出现了不同程度的正移，说 循环曲线可以看出：尽管 400 ℃烧结的样品具有最
明 4 种样品经过首次充放电之后，结构发生了重排。 好的初始电化学活性，但随着循环的进行其放电比
比较 4 种样品，400 ℃烧结样品的氧化还原峰面积 容量波动最大，稳定性最差；500、600 和 700 ℃烧