摘要：本文对锂电池负极材料的制备以及性能进行了研究和分析，主要是用了混合溶剂热法的制备方式，制备了新电池负极材料，使用四氧化三铁微球有效对比和分析了实心和中空四氧化三铁微球的电化学性能，为锂电池的负极材料的制备以及锂电池的性能提升提供了良好的借鉴。
关键词：锂电池；负极材料；四氧化三铁微球；形貌；电化学性能
现阶段我国在手机、笔记本电脑以及新能源汽车等领域的发展速度不断加快，其中对锂电池材料的性能以及需求量方面都在不断上升。因此，以电池的制造产业迎来了一轮全新的发展机遇，其中负极材料作为锂电池生产过程当中非常重要的生产环节，在提高锂电池的容量大小以及电池电能的循环使用等方面都起到了重要的保障作用。从2017年我国在锂电池的负极材料制备工作当中的统计分析结果可以看，出当前我国在锂电池的负极材料的生产总量上已经达到了11万t，同比增长了25%，同时在后续的发展前景非常乐观。锂电池的良好发展趋势主要是基于电池本身所具有的高容量低消耗、体积小同时可以循环使用等诸多优势，但是在现阶段的锂电池负极材料的制备过程当中，其中还存在一些技术问题需要完善，比如锂电池的负极材料所表现出的可逆容量较小，在工作过程当中的电能循环性有待提升。基于此，通过采用混合溶剂热的制备方法来对锂电池的负极材料来进行制备，通过微球微观外形和制备过程当中电化学性能所产生的影响进行了分析，为提高锂电池负极材料的制备工作提供良好的借鉴。
1.锂电池负极材料制备实验环节
1.1原料制备方法
在锂电池的负极材料过程当中，主要包含了纯度较高的乙二醇、二乙二醇、六水氯化铁、无水乙酸钠、聚四氟乙烯以及锂电池电极片等。
在锂电池的负极材料制备过程当中，首先需要使用25毫升容量的二乙二醇溶液，并且将其标记为1号溶液；使用1.6升的聚乙二醇溶液和无水乙酸钠之间进行融合，使用25毫升的乙二醇组成混合溶液，并且将其记录为2号溶液。将1.5升的六水氯化铁分别和1号溶液和2号溶液之间进行充分的混合与搅拌，然后将混合溶液静置半小时左右，然后将混合溶液直接放置在反应器名当中。通过220摄氏度和18小时的保温操作，在该项操作完成之后，直接将混合溶液放置在冷凝器当中来进行离心操作，通过使用酒精溶液来进行洗涤，然后将其直接放置在真空干燥箱内部来进行干燥处理，从中得到四氧化三铁微球。
1.2导电介质的选择
通过乙炔黑作为导电介质，使用聚四氟乙烯作为锂电池负极的结合剂，将锂电池的负极材料以15：15：75的混合比例来进行搅拌和操作，完成操作之后将材料制成6毫米大小的圆形电极箔片，将制备好的电极箔片放置在98℃的真空环境当中来进行干燥操作。在组装的模拟电池结构当中，使用电解液的浓度为0.8 mol/L的LiPF6，使用体积比例为1：1的碳酸乙烯和碳酸钾乙醋，将金属一端设定为正极，圆形一端设定为负极，介质溶液的浓度需要超过99.9%，然后直接放置在套箱当中来组装成模拟电池。
2.锂电池负极材料的性能研究
通过使用450的超高分辨率的扫描电子显微镜，对该电极材料的外形和外貌进行仔细的分析和研究，通过使用x射线的衍射系统，对电极材料当中的各种构成物质进行仔细的研究和分析，同时采用发射高分辨透射电子显微镜，对整个电极材料在微观形态下的具体构成结构来进行观察和记录。
图1当中分别使用了1号溶液，1号2号混合溶液2号溶液来制备氧化铁，通过图1当中的表示可以看出，在运用1号溶液过程当中所得到的尺寸大小为35纳米的初级氧化铁，采用1号和2号混合溶液过程当中所得到的负极材料为初级氧化铁。采用2号溶液过程中得到的负极材料尺寸大小为30~40纳米的氧化铁，材料的微观结构为纳米晶体聚合结构。根据结构并没有形成相应的微球，而是形成了一种结构更加松散同时整个外部结构更加不规整的形状。综合以上分析可以看出，在使用1号溶液和1号2号混合溶液过程当中，所制备出的氧化铁微球前者是实心而后者为中部空洞，如果直接采用2号溶液来进行制备，那么所得出的微球的圆润程度存在严重的不足。
图1不同溶液制备 Fe3O4微球 SEM 照片
通过图2图像分析可以看出，在采用1号和2号混合溶液来制备四氧化三铁微球过程中，在整个微球的尺寸大小分布相对比较平整，同时整个微球的圆润程度较高。通过微观测量可以看出在整个微球的尺寸大小上大约为450纳米，通过高倍显微镜下的观察可以得到微球的具体形状特点，其中从单个H- Fe3O4微球的SEM照片形状可以看出，在整个微球的内部结构构成和内部之间属于直接互通的结构形式，这种结构在电池的放电过程当中可以为离子提供出更加快速的传输通道，进而可以作为比较理想的锂电池负极材料。除此之外，从图2当中还可以看出，在整个微球相互之间的间隔距离大约为0.25纳米，并且在各个晶体排列过程当中，相互之间的间距大小基本相同，因此可以有效确定在形成微球的结构上为Fe3O4。
图2 1号、2号混合溶剂热法制备H- Fe3O4微球 SEM 照片
作为中空Fe3O4微球的电极构成，在锂电池的前三周充放电过程当中形成了相应的电量变化曲线，其中电流为0.1C，电压大小为0.1~0.3伏。在锂电池的首个放电过程当中，可以看到整个曲线当中存在0.7和0.05的电压工作环境，同时在完成了一次电循环工作之后，在该平台当中会慢慢形成一种倾斜向下的走向，这也是锂电池在充放电过程当中所表现出的常见特点。在放电容量大小上理论容量为927 m A•h/g。由此可以看出，通过使用1号和2号混合溶液的制备方式，在整个负极材料的充放电容量上都远远超过Fe3O4。
3.结束语
通过对锂电池的负极材料的制备和电池的性能分析和研究，从中可以看出锂电池的电极材料的选择，对保证锂电池的性能有着重要的影响。因此，在电极材料的选择过程当中，需要对材料的性质进行实验和分析，有效提高整个电极的工作性能。
参考文献：
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[2]王鸣，黄海旭，齐鹏涛，刘磊，王学雷，杨绍斌.还原氧化石墨烯（RGO）/硅复合材料的制备及用作锂离子电池负极的电化学性能[J].材料导报，2019，33（06）：927-931.
论文作者:顾凯
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/8/1
标签：负极论文; 锂电池论文; 溶液论文; 材料论文; 电极论文; 过程论文; 性能论文; 《电力设备》2019年第6期论文;