锂电池正极材料二硫化铁的水热合成及其电化学性能研究

摘要

作为一种新型高能锂电池，锂/二硫化铁(Li/FeS2)电池有着十分广阔的应用前景，其研究和开发都得到了国内外科研人员的极大关注。二硫化铁（FeS2）作为锂电池正极材料展现出许多优良特性，如较高的理论一次放电比容量，环境友好以及价格低廉等。本文对黄铁矿型二硫化铁的一步水热合成工艺及其电化学性能进行了研究，结果表明： 以FeSO4·7H2O、Na2S2O3·5H2O和高纯S 粉为原料，采用一步水热法制备高纯FeS2 粉体，并研究了反应物铁盐的浓度、不同含硫量比、以及反应物的升温速率对产物性能的影响。结果表明：反应物铁盐的浓度对所得产物的相组成无重要影响；不同含硫量比对黄铁矿型FeS2的形成有影响；较适宜的反应条件是C(Fe2+)=2mol/L，n(FeSO4·7H2O):n(Na2S2O3·5H2O):n(S)=1:1:0.4，反应物的升温速率为1.0℃/min，反应温度为200℃，反应时间为24h。通过控制上述参数可以得到中值粒径D50为6.8μm且粒度分布范围较窄的FeS2粉体，以该粉体为正极材料装配成Li/FeS2 电池，其一次放电容量达到879mAh/g，且只出现一个平稳的放电平台，放电电压保持在1.38V。 利用高分子有机物PVP对FeS2粉体进行修饰，分析不同的PVP浓度对产物性能的影响。当PVP水溶液浓度为1％时，粉体的颗粒较小，分散性好。修饰后的产物经不同温度热处理后，其放电容量随着温度的升高而升高。热处理温度为450℃时，样品的放电容量为755.26mAh/g，放电电压为1.4903V。