题目：Fe3O4复合纳米球作为锂离子电池负极材料的研究

 

目前商业化锂离子电池负极材料主要是石墨类材料。然而，石墨材料较低的理论比容量（327 mAh/g），其性能很难再实现突破性地提高。因此，研究具有更高比能量密度的负极材料十分重要。Fe3O4因其较高的理论比容量（924 mAh/g）、低成本、环境友好等优点而备受关注。但其在嵌脱锂过程伴随着巨大的体积变化，以及较为严重的副反应会导致容量的迅速下降和循环性能变差。本论文利用导电聚合物以及碳材料作为基体，通过制备复合Fe3O4/PPy纳米球和Fe3O4/C复合纳米球，有效地改善了Fe3O4纳米材料的循环和倍率性能。本论文主要内容包括以下几个方面：

一、采用水热法和以乙二醇为溶剂的溶剂热法分别制备了两种尺寸为200nm的Fe3O4纳米球。两种纳米球都由纳米晶团聚生长而成，区别在于水热法制备的纳米球晶粒较大（10-15nm），溶剂热法制备的纳米球晶粒较小（2-3nm）。电化学测试显示溶剂热法制备的纳米球具有更好的循环性能。

二、采用超声辅助聚合法，在超声震荡、盐酸浸蚀的双重作用下，在将Fe3O4纳米球与聚吡咯复合，成功制备了Fe3O4/PPy复合纳米球。通过SEM、XRD、EDS、电化学测试等手段观察测试了材料的形貌、结构和性能。Fe3O4/PPy纳米球在1000mA/g的电流密度下循环300周后，容量为544mAh/g，相当于98%的初始容量（554 mAh/g）和97%的理论容量（562 mAh/g）。

三、采用高温煅烧法将Fe3O4/PPy复合纳米球处理成为Fe3O4/C复合纳米，通过SEM、XRD、EDS、电池充放电等测试手段观察测试了材料的形貌、结构和性能。结果显示，高温煅烧后，形成约15nm的Fe3O4小颗粒均匀地分布在无定形碳基体中。该纳米球在1000 mA/g电流密度下具有730.3mAh/g的首周容量，循环50周后，保持有61.2%的理论容量。