鐵氧化物復合材料制備與電化學性能研究目錄TOC\o"1-2"\h\u11866鐵氧化物復合材料制備與電化學性能研究 122733第一章緒論 2305401.1引言 2109391.2鋰離子電池 3130781.2.1鋰離子電池概述與工作原理 39561.3鋰離子電池負極材料分類 380881.4實驗的內容及其意義 5459第二章實驗流程 7236322.1儀器及其材料 787252.2實驗設計思路及方案 81721第三章結果分析 11217983.1物相分析 1123105Fe2++Fe3++OH－+S→Fe(OH)2/Fe(OH)3+FeS(公式3-1) 112431Fe(OH)2+Fe(OH)3+FeS→Fe3O4/FeS+H2O(公式3-2) 1120741圖3-1(a)在160℃下水熱反應10h得樣品的XRD譜圖 1120143.2形貌表征 1121378(b)Fe3O4/FeS電極在掃描速度為0.1mV/s時的循環伏安法曲線 125819第四章總結 15139664.1總結 1518125參考文獻 16【摘要】：近幾十年來，因為人們對石油化石燃料的需求和依賴，對環境造成了污染和化石能源的消耗。為了保護環境和減少人類對石油燃料的需求，需要尋找清潔能源和提高能源轉化率。所以鋰離子電池具有良好的綜合性能和對環境友好等優點而備受矚目。鐵基金屬氧化物具有諸多優點如理論容量高、價格經濟、易于獲得和環保等因而受到廣泛研究者的關注，是一種優秀的鋰離子電池負極材料。在鐵基氧化物中具有結構穩定特點的是α-Fe2O3與Fe3O4，其中Fe3O4是一種混合價態氧化物。其內部具有Fe2+和Fe3+，它的晶胞結構中形成了特殊的磁結構。所以Fe3O4作為負極材料具有較好的電化學性能。通過水熱法制備Fe3O4/FeS。FeS的加入改善了復合粒子的內部微結構，提高了材料的儲能性能和導電性、減低了電池電阻。本論文以鐵基氧化物硫化物復合材料作為研究對象。以九水合硝酸鐵、烏洛托品、升華硫作為原料采用水熱反應、熱處理等方法制備Fe3O4/FeS粉末。再利用XRD、SEM等技術對樣品進行系統表征。【關鍵詞】：鐵氧化物復合材料、電化學性能、儲能材料、水熱法第一章緒論1.1引言近幾十年以來，因為全球經濟快速發展，全球范圍內各國大肆開采石油、煤炭等自然資源。這些自然資源不可再生且會造成環境污染。追求經濟效卻忽視了對環境的保護。石油、煤炭等燃料的燃燒使用給人們帶了了霧霾、全球變暖等災害。到目前為止，環境污染和不可再生資源短缺給人類帶來了許多問題。在電池中鋰離子電池因為具有能量密度高、經濟效益好、循環壽命長和應用范圍廣等優點受到廣泛研究人員的關注。鋰離子電池在許多的領域都得到廣泛的應用，如手機、筆記本電腦、新能源汽車電池。在新能源電動汽車方面展現出了前所未有的發展前景，鋰離子電池的功率密度高，具有較強的快充能力和超長的電池循環使用壽命等優點都可以滿足電動汽車對電池的需求。受到了全世界的各國的廣大關注，各國目前都大力提倡新能源汽車的發展。鋰離子電池也因此得到了大量的開發和發展。金屬氧化物作為優秀的鋰電池負極材料具有獨特的物理、化學性質，簡單的合成方法和優異的電化學性能。其中的鐵基氧化物其地球資源豐富、價格實惠等優點是一種實用且前景廣闊的負極材料。特別是金屬組分間一般存在較強的協同效應，所以使得復合氧化物材料具有的電催化、儲能等特性。Fe3O4具有和混合價態的特點，既有Fe3+也有Fe2+，其特殊的磁結構使得它是鐵基氧化物中結構最穩定的材料之一。用水熱法和燒結等方法將FeS摻入與Fe3O4形成復合材料，改善內部微結構。提高其導電性和儲能、減低電阻。過渡金屬硫化物的加入提高了材料的導電性和儲能、減低了電池的電阻。Fe3O4/FeS鐵基復合材料有著獨特的性能和易于制備的優點。這一類制備簡單、環保、經濟，有著優異的性能的金屬氧化物電極材料在能源轉換和存儲領域有著十分重大的意義。本論文通過水熱法合成Fe3O4/FeS鐵基復合材料，九水合硝酸鐵作為鐵源，烏洛托品提供羥基之外還提供堿性環境。去離子水作為溶劑，升華硫提供硫源。在經過水熱反應、抽濾、熱處理燒結等步驟和制得Fe3O4/FeS鐵基復合材料。在進行SEM、XRD等系統表征測定Fe3O4/FeS鐵基復合材料的性能特征。下面本文重點介紹一下多種鐵基復合材料的合成方法和其電化學性能特性。1.2鋰離子電池1.2.1鋰離子電池概述與工作原理鋰離子電池是一種由正極極柱、負極極柱、正極、負極與隔膜材料組成的新能源電池。20世紀60年代起開發的鋰電池是一種一次化學電源[1]，在電能用盡后無法充電再次利用。所以具有一定的局限性和不安全性。之后開發的鋰離子電池即鋰二次電池，具有可充放電的優點之外還具有高能力密度、無記憶效應、節能環保等優點。因為當前人類面臨的環境問題和能源緊缺等問題，所以鋰離子電池的研究和開發成為了當今研究的熱點和焦點。鋰離子電池是一種可充放電、循環使用的二次電池。主要由石墨為主的負極，金屬氧化物為主的正極以及電解質組成。充電時，鋰離子在正負極之間不停運動。放電時，鋰離子從負極脫出，嵌入正極，形成電流。總的來說，放電時鋰離子從正極中脫出，借助電解液和隔膜的作用嵌入到負極中去。充電過程與放電相反。鋰離子在正負兩極之間的往返運動在理論上可以實現無限的循環再利用。但電池事實上存在一定的使用壽命。隔膜和電解液可以提高電池的性能和安全穩定性。使得電池的使用壽命變長。1.3鋰離子電池負極材料分類1.3.1石墨負極材料石墨負極材料是一種有著價格經濟、易獲得、對環境友好等一系列優點的材料。是當今商業化鋰離子電池的主要負極材料。石墨作為鋰離子電池負極材料可以提供高且穩定的工作電壓。石墨具有的微觀結構有利于鋰離子在正負極之間的反復運動。可以給電池提供較好的循環穩定性和電化學性能。尚帥等人采用干法包覆的方法用人造石墨與瀝青制得Graphite/Pitch復合材料。在經過包覆瀝青后，人造石墨的首次庫倫效率提升到了86.18%[2]。1.3.2合金類負極材料與其他鋰離子電池負極材料相比合金負極材料有著較高的理論儲鋰容量。但在充放電的過程中存在較大體積變化從而使得電池的循環壽命減少和較快容量衰減的問題。目前研究者研究主要以硅基與錫基為主。主要以將材料納米化和活性-非活性復合。金鑫等人的研究中將硅材料制備成納米管、納米線結構從而緩解電極材料因為體積膨脹而造成的材料的粉化失活現象。在對硅基復合材料改性后電比容量為2183.1mAh/g的充電比容量。首次庫倫效率達到69.9%，都比原硅材料有明顯提升[3]。徐高鑫等人采用直流電沉積方法制備錫負極薄膜材料從而減少活性物質顆粒尺寸，減緩電極材料在反應過程的體積變化，增加電池的穩定性和可循環壽命。錫負極薄膜首次放電比電容量為819.3mAh/g，庫倫效率為41.9%。比容量保持相對穩定[4]。1.3.3金屬氧化物負極材料金屬氧化物具有較高的理論比容量、安全穩定、易于獲得、合成方法簡單和對環境友好等優點。現如今廣受研究者歡迎，成文研究的熱點。金屬氧化物材料主要存在兩種機制：嵌入型機制和轉換型機制。嵌入型機制是通過可逆的氧化還原反應實現脫嵌鋰，是將鋰離子在晶格中的空位或者晶體的層間進行脫嵌達到儲鋰。主要代表的材料有TiO2、Fe2O3、V2O5、Co2O3等。轉換型機制具有容量高，穩定性好等優點。這種材料是基于轉化反應儲能的電極材料。充放電的過程中僅發生結構和成分的變化，有較好的循環性能。如Fe、Cu、MnO、Fe3O4等。1.3.4金屬氧化物負極的制備方法金屬氧化物有著優異的電化學性能和電化學穩定性、容易制備的工藝方法、原料易于獲得和成本低廉等優點，是當今負極材料研究開發的熱點。當前人們不斷探索思路來開發電化學活性高、循環性能好的微納結構的金屬氧化物。主要的合成制備方法有：水熱法、膜版法、靜電紡絲法和溶劑熱法。水熱法水熱法是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進行有關化學反應的總稱。在特制的密閉反應釜中，采用水溶液做為溶劑，在將反應釜放在特定設備里加熱、加壓使得常溫、常壓下難溶的物質溶解并重結晶。從而制得想要的材料。曹婷婷等人用乙酸鎳、乙酸鋅、氟化銨、尿素作為原料采用水熱法和熱處理制備花球狀NiO/ZnO復合材料。花球狀NiO/ZnO復合材料在100mAh/g的電流密度下，首次循環的放電比容量達到1104mAh/g，首次充電比容量達到823mAh/g，首次庫倫效率為75%[5]。斐潔等人將氮、硫摻雜的還原氧化石墨烯膠體進行水熱法反應、再進過高溫煅燒處理制得空心C@TiO2@MoS2納米球材料。C@TiO2@MoS2納米球材料在高電流密度的情況下還可以保持優異的容量性能[6]。靜電紡絲法靜電紡絲法是一種特殊的纖維制造工藝。聚合物溶液或溶體在靜電作用下進行噴射拉伸而獲得納米級纖維的紡絲。這種方法可以生產出納米級直徑的聚合物細絲。靜電紡絲法制備出的納米材料具備表面與界面效應、小及尺寸效應和量子尺寸效應等特點。楊天梓等人用納米硅粉、鈦酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮等材料通過靜電紡絲法制備Si@TiO2納米負極材料。Si@TiO2納米負極材料在100mAh/g的電流密度下，首次循環放電容量達到3359mAh/g，庫倫效率達到69.2%[7]，具有較高的電容量。段連威等用Co(CH3COO2)·4H2O和Mn(CH3COO)2·4H2O為原料在磁力攪拌后，用14KV的電壓進行紡絲制備Co3O4-MnO2復合材料。Co3O4-MnO2復合材料纖維作為負極比電容量比純的Co3O4纖維明顯提高40.6%，表現出良好的電化學性能[10]。溶劑熱法溶劑熱法是以水熱法為基礎發展出來的，指密閉體系中以有機物或非稅溶媒為溶劑，在一定的溫度和溶液的自生壓力下，原始混合物進行反應的一種合成方法。溶劑熱法與水熱法的區別在于使用有機物作為溶劑。熱溶劑法在工藝方面有著工藝簡單、設備要求第、成本低等優點。在材料形成方面可以控制材料物相的形成、顆粒大小和形態。吳鑫等人用Mg(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)2·6H2O做為原料通過溶劑熱法制備得到MgFe2O4球形納米顆粒，然后在鈦酸丁酯水解作用下得到MgFe2O4@TiO2核殼納米復合材料。MgFe2O4@TiO2電極材料在100mAh/g的電流密度下有，首次充放電比容量分別為1165mAh/g和1468mAh/g，庫倫效率為79%。經過100次0.1C電流密度測試后具有620mAh/g的容量，有著良好的電化學性能[8]。模板法模板法是近十年新興發展起來的納米結構材料合成方法。可以分為硬模板法和軟膜板法，硬模板法大多是以材料的內表面或者外表面作為模板，填充到模板的單體進行電化學反應，控制反應時間，反應后取出模板從而得到納米材料。軟膜板主要包括兩親分子形成的各種有序聚合物，具有形狀多樣性、容易構筑、設置簡單等優點。模板法憑借其優點在納米材料合成中得到廣泛應用。張曼等用六水乙酸鈷、乙酰丙酮等作為原料，乙醇作為溶劑采用模板法在惰性氣體的氣氛下制得OMC@Co3O4@G復合材料。OMC@Co3O4@G負極電極材料在100mAg/h下，首次放電比容量達1277.4mAh/g，循環100次后比容量為741.6mAh/g。具有優異的電化學性能[9]。高榮貞等[11]采用模板法用氯化鈉、硅酸鈉、乙二醇等材料作為原料制備了MFO/NPC復合材料，作為負極電極首次充電比容量為1268.2mAh/g，首次庫倫效率為78.3%。1.4實驗的內容及其意義過去十多年傳統能源的使用帶來了許多如大氣污染、全球變暖、海平面上升的危害。隨著時間的推移也造成了資源緊缺的問題。新能源電池憑借其可循環、綠色環保、易于獲得等優點成為當今的研究熱點，過渡金屬氧化物因為具有理論容量高，物理化學性質穩定等優而被廣泛研究者的關注。鐵基氧化物更因為價格經濟、資源豐富、制備過程簡單成為負極材料研究熱門之一。本論文用九水合硝酸鐵、烏洛托品、升華硫作為原材料，通過水熱法制備鐵硫復合材料。升華硫提供硫的來源，九水合硝酸鐵提供鐵的來源。水熱法有工藝簡單、適用性廣泛和對環境污染小的優點。硫元素的摻入可以改善復合粒子的內部微結構，可以改善電池電阻、提高導電性，從而提高材料的儲能能力。本文旨在研究鐵氧化物復合材料的電化學性能，通過摻入其他元素從而提高其電化學性能。

第二章實驗流程2.1儀器及其材料2.1.1實驗儀器表2-1是實驗全程所用設備:表2-1樣品制備所需設備實驗儀器廠家分析天平(KSS-1600)上海鴻都電子科技有限公司超聲波清洗器(KQ-100DE)昆山超聲儀器有限公司磁力攪拌器(DF-101S)鞏義市予華儀器有限責任公司真空干燥箱(YZF-6050型)上海姚氏儀器設備廠電熱恒溫鼓風干燥箱(DHG-9101-OS)上海鴻都電子科技有限公司瑪瑙研缽國藥集團化學試劑有限公司循環水多用真空泵不銹鋼高壓水熱釜高溫管式爐(TL1200)電化學工作站(CHI760E)電池充放電測試系統掃描電子顯微鏡(Sigma500)X射線衍射儀(X’PertPRO)南京博蘊通儀器科技有限公司上海辰華儀器有限公司深圳市新威爾電子有限公司ZEISSPHILIPS2.1.2實驗材料表2-2是實驗所需材料:表2-2樣品制備所需材料材料名稱規格廠家九水合硝酸鐵分析純(AR)上海麥克林生化科技有限公司烏洛托品分析純(AR)成都貝斯特試劑有限公司升華硫分析純(AR)山西省運城市振興蜜粉研究所N-甲基吡咯烷酮分析純(AR)無錫市亞泰聯合化工有限公司導電炭黑VXC72CABOT材料名稱規格廠家氮氣99.99%福州新航工業氣體有限公司扣式電池殼CR2032泰州市亞俊電池材料有限公司去離子水電池隔膜GF/D泰州市亞俊電池材料有限公司銅箔金屬鋰片聚偏氟乙烯99.99%16*0.6mmHSV900泰州市亞俊電池材料有限公司泰州市亞俊電池材料有限公司順捷塑膠科技有限公司2.2實驗設計思路及方案過渡金屬氧化物復合材料的合成方法有很多種，如熱分解法[13]，熱分解法是一種方法簡單且對環境友好的制備方法。王霞等[14]用十六烷基黃原酸鐵作為原料采用熱分解法制備出鐵硫納米材料。如共沉淀法[15]，共沉淀法具有可以使原料細化、均勻混合、制得的樣品性能優良的優點。劉涉江等人[16]利用改進型共沉淀法在沒有惰性氣體保下，反應溫度50℃，陳化溫度90℃，并加入0.2g有機鈉鹽制得四氧化三鐵磁粉。如水熱法[17]，水熱法有著工藝較簡單，適用性廣泛，可以制備出多種粒徑的粉末，原材料價格經濟等優點。李家闖等人[18]用氧化石墨烯(GO)和四水合二氯化鐵作為原料通過簡單的原位水熱法制備FexSy@rGO復合材料，FexSy@rGO復合材料作為負極材料時，首次放電容量為1467mAh/g，具有優異的電化學性能。本次實驗通過水熱法制備Fe3O4/FeS納米復合材料，并通過XRD、SEM來分析粉末的物相組成、晶體結構等信息。然后通過電池恒流充放電測試與循環伏安(CV)測試來測試其首次充放電比容量、庫倫效率等電化學性能，再和在商業領域中被廣泛應用的的Fe3O4納米顆粒(C-Fe3O4NPS)做成的電池比較電化學性能的差異。2.2.1實驗設計思路本次實驗的目的是制作出儲鋰性能優異、循環穩定性好的鐵基氧化物復合材料電極。鐵基氧化物中Fe3O4與α-Fe2O3的結構最為穩定。Fe3O4有著易于獲得，原料價格經濟、對環境友好和理論容量高等優點。再摻入S元素改善內部微結構，減低其電阻，提高負極材料的導電性，九水合硝酸鐵作為鐵源，烏洛托品提供堿性環境，升華硫作為硫源，去離子水作為反應溶液，然后在磁力攪拌機上完成攪拌。攪拌完成后在超聲波清洗器上超聲處理。超聲處理后放在水熱釜中在恒溫電熱鼓風干燥箱中反應，待冷卻室溫后拿出真空抽濾，將抽濾出的沉淀物有去離子水洗滌，在干燥后放在高溫管式爐中燒結，最終得到目標樣品Fe3O4/FeS粉末2.2.2實驗方案(1)Fe3O4/FeS粉末的制備本次實驗主要通過水熱法和熱處理來制備Fe3O4/FeS粉末。具體實驗過程為：先用1.25mol(0.505g)的九水合硝酸鐵與10ml的去離子水均勻混合，再將5mmol(0.7g)烏洛托品與10ml的去離子水混合。再將兩種混合溶液在磁力攪拌器的作用下混合，攪拌過程中加入10ml去離子水和0.01g的升華硫。均勻攪拌之后將混合溶液放在超聲波清洗器中充分超聲，超聲之后檢混合液放在水熱釜中，將密封好的水熱釜放在160℃的恒溫電熱鼓風干燥箱中恒溫10小時，待冷卻至室溫后，用循環水多用真空泵進行真空抽濾并收集沉淀物。用去離子水洗滌數次，洗滌之后在真空干燥箱中，并在60℃下干燥12小時。干燥之后將粉末放在以5℃/min的速率加熱至500℃的高溫管式爐燒結，并在氮氣氣氛下保溫3小時，最后獲得目標產物Fe3O4/FeS黑色粉末。(2)負極電極的制備將實驗中制備的Fe3O4/FeS粉末與導電炭黑和聚偏二氟乙烯以8:1:1質量比混合，然后滴加過量的N-甲基吡咯烷酮溶液。將混合溶液放在燒杯中并用保鮮膜封口，用磁力攪拌機攪拌5小時，提高均勻度，成為半流動狀態的混合漿料。然后將混合漿料涂抹在銅片上，之后放在80℃真空干燥箱中進行12小時的干燥。干燥后用手動沖片機將銅片制成直徑為14mm的圓片用來拼裝扣式電池。2.2.3樣品檢測制備完Fe3O4/FeS粉末對其進行X射線衍射、掃描電子顯微鏡、電池恒流充放電測試、電化學性能測試等。X射線衍射(XRD)是利用X射線在晶體中的衍射現象來分析材料物相和結構的方法。XRD物相分析分為定性分析和定量分析。前者把對材料測得的點陣平面間距及衍射強度與標準物相的衍射數據相比較，確定材料中存在的物相；后者則根據衍射花樣的強度，確定材料中各相的含量。掃描電子顯微鏡(SEM)是用于直接觀察樣品表面形貌的。利用聚焦很窄的高能電子束來掃描樣品，通過光束與物質間的相互作用,來激發各種物理信息,對這些信息收集、放大、再成像以達到對物質微觀形貌表征的目的電化學性能測試為循環伏安法(CV)、電化學阻抗譜(EIS)測試和電池恒流充放電測試(GCD)。電池恒流充放電(GCD)測試所采用的測試電流密度為0.1C，溫度為室溫。循環伏安(CV)測試采用測試掃描速度為0.1mV/s，測試電壓范圍為0.005-3.0V。電化學交流阻抗(EIS)測試采用測試頻率區間為0.01Hz-100Hz，振幅為±5mV，靜止時間為2s。

第三章結果分析3.1物相分析3.1.1XRD譜圖分析圖3-1(a)所示，當樣品的2為30.1°、35.4°、43.0°、56.9°、62.5°時，特征衍射峰為(220)、(311)、(400)、(511)、(440)。與圖3-1(a)中所示的Fe3O4的特征衍射峰相同。當樣品的2為29.92°、33.67°、43.13°時，額外特征衍射峰為(110)、(112)、(114)。與圖中所示的FeS的特征衍射峰相同。所以可以知道樣品為Fe3O4/FeS復合材料。當烏洛托品和九水合硝酸鐵好、升華硫的摩爾比為16:4:1時，反應生成Fe3O4/FeS復合材料。在制備過程中法的具體反應如下:Fe2++Fe3++OH－+S→Fe(OH)2/Fe(OH)3+FeS(公式3-1)Fe(OH)2+Fe(OH)3+FeS→Fe3O4/FeS+H2O(公式3-2)圖3-1(a)在160℃下水熱反應10h得樣品的XRD譜圖3.2形貌表征3.2.1掃描電鏡對Fe3O4/FeS復合材料進行系統的表征分析其微觀結構和表面形貌，對Fe3O4/FeS復合材料進行了掃描電子顯微鏡檢測。圖3-2(a,b)為Fe3O4/FeS復合材料的SEM圖。從圖中可以看出Fe3O4/FeS復合材料具有八面體結構，并且沒有額外的結構界限。八面體結構的形成不是物理混合而是整體的結構。過渡金屬氧化物具有較大孔隙率、更多活性位點、自支撐結構等優點。如圖3-2(a,b)所示，Fe3O4/FeS復合材料是粒徑約為450nm且分布均勻的八面體結構顆粒。八面體結構有較大的比表面積與電解液接觸面積更大，易于電化學反應的進行，比起其它結構八面體結構的晶面上會暴露更多Fe原子，有利于氧化還原反應的進行。提高了材料的循環穩定性和充放電容量、倍率性能。所以八面體結構的Fe3O4/FeS復合材料是一種有著優異電化學性能的材料。圖3-2(a,b)Fe3O4/FeS復合材料的SEM圖3.2.2電化學性能分析為了探究Fe3O4/FeS復合材料電化學性能和循環穩定性，把當前在商業中被廣泛應用的Fe3O4納米顆粒(C-Fe3O4NPS)來做為實驗對比對象。圖3-3(a)與圖3-3(b)分別為C-Fe3O4NPS和Fe3O4/FeS復合材料在0.1mV/s掃描速度下的CV曲線。圖3-3(a)C-Fe3O4NPS電極在掃描速度為0.1mV/s時的循環伏安法曲線(b)Fe3O4/FeS電極在掃描速度為0.1mV/s時的循環伏安法曲線圖3-3(b)中的峰值為1.84、0.97均比圖3-3(a)中的峰強度高，圖3-3(b)中在第一圈后還原氧化峰發生明顯下降，但之后的幾圈循環還原氧化峰的面積幾乎沒有太大變化，有著隨著循環次數增加變得穩定的趨勢。這表面了Fe3O4/FeS復合材料電極在循環充放電的還原氧化過程中具有優異容量保持率和循環穩定性，作為儲鋰電池的負極材料在轉化中有著良好的可逆性。對Fe3O4/FeS復合材料和C-Fe3O4NPS進行交流阻抗(EIS)測試，得出Fe3O4/FeS復合材料和C-Fe3O4NPS的電化學阻抗譜。如圖3-4所示，EIS主要有一個在高頻區與實軸的截距、中頻區的半圓以及低頻區的斜線組成。如圖3-4所示Fe3O4/FeS復合材料在高頻區中與C-Fe3O4NPS電極相比有較短的截距，在低頻區中與C-Fe3O4NPS電極相比有著更大的斜率。這些說明了FeS摻入與Fe3O4復合后提高了材料的嵌鋰能力，使得鋰離子可以比原來更快更多的嵌入Fe3O4/FeS復合材料中。所以說明在FeS與Fe3O4復合后的材料作為鋰離子電池負極材料有著更好的導電性和儲鋰能力，降低了電池的電阻，是一種良好的鋰離子電池負極材料。圖3-4C-Fe3O4NPS和Fe3O4/FeS電極的奈奎斯特圖圖3-50.1C電流密度下Fe3O4/FeS電極和C-Fe3O4NPS電極的循環充放電曲線圖圖3-5為Fe3O4/FeS作為鋰離子電池負極和C-Fe3O4NPS電極在0.1C電流密度下的循環充放電曲線。如圖3-5所示Fe3O4/FeS復合材料在0.1C的電流密度下的首次放電比容量1189.2mAh/g，首次庫倫效率為69.8%，C-Fe3O4NPS電極的首次放電比容量為935.9mAh/g，首次庫倫效率為60.9%。與C-Fe3O4NPS電極相比Fe3O4/FeS作為負極有更好的儲鋰性能和更加優秀的循環穩定性。Fe3O4/FeS電極在循環10次后放電比容量為664.8mAh/g，50次放電比容量為579.2mAh/g，100次放電比容量為528.6mAh/g。與C-Fe3O4NPS電極有很大的提升。說明Fe3O4/FeS復合材料作為鋰離子電池負極有著更加穩定的循環性能和更高的比容量，有著良好的電化學性能。

第四章總結4.1總結本文采用九水合硝酸鐵、升華硫、烏洛托品作為原料通過水熱法制備Fe3O4/FeS復合材料，并通過使用掃描電子顯微鏡(SEC)、X射線衍射儀(XRD)來分析粉末的表面形貌特征和物相結構。利用電化學工作站來測試Fe3O4/FeS復合材料和C-Fe3O4NPS電極的電化學性能，并進行對比。主要結論如下：(1)電化學性能測試結果表面Fe3O4/FeS復合材料作為鋰離子電池的負極，首次放電比容量達到1189.2mAh/g，首次庫倫效率為69.8%。與C-Fe3O4NPS電極相比有著顯著的提升。說明在FeS摻入Fe3O4后，儲鋰能力得到了提升。在10次、50次、100次循環后比容量為664.8mAh/g、579.2mAh/g、528.6mAh/g與C-Fe3O4NPS電極相比有著較好的循環穩定性和較高的可逆容量。(2)XRD圖表明Fe3O4/FeS復合材料是由FeS摻入到Fe3O4得到的，不是簡單的物理上的結合，而是整體上的結合。從而提高了材料的導電性、減低了電池電阻。增加了電池的持續活性(3)SEM圖表明，Fe3O4/FeS復合材料是八面體結構，八面體結構的比表面積更大，更有利于Fe原子的暴露，從而使得還原氧化反應的進行。提高了材料的循環穩定性、充放電容量和倍率性能。是一種優異的鋰離子電池負極材料。

參考文獻[1]WinterM,Xu,K,etal.BeforeLiIonBatteries.ChemRev,8b00422(2018).[2]尚帥.基于人造石墨的鋰離子電池負極材料研究[D].天津:天津師范大學,2020.[3]金鑫.鋰離子電池硅基負極材料的改性研究[D].江西:南昌大學,2020.[4]徐高鑫.鋰離子電池錫基負極材料制備及性能研究[D].遼寧:大連理工大學,2019.[5]曹婷婷.過渡金屬氧化物負極材料的制備和性