合金Al-Fe/C纳米复合粒子形成机制及其储锂电化学行为

程 厅，高 嵩，丁 昂，刘道林，霍凤莉，高 铭，董星龙



合金Al-Fe/C纳米复合粒子形成机制及其储锂电化学行为

程 厅，高 嵩，丁 昂，刘道林，霍凤莉，高 铭，董星龙

(大连理工大学 材料科学与工程学院，三束材料改性教育部重点实验室，大连 116024)

以微米Al粉和Fe粉为原料，采用直流电弧等离子体气相蒸发法，在氢氩和不同CH4含量气氛下制备了Al-Fe和Al-Fe-C纳米复合粒子。研究纳米粉体的形成机制、结构、形貌及其电化学性能，着重研究C原子的加入对纳米粒子产物的成分组成、相结构及电化学性能的影响，对各种纳米粒子形成规律及嵌/脱锂电化学机制进行了探讨。结果表明：无碳气氛下制备的Al-Fe粒子呈球状；在含碳气氛下，随着C含量的提高，粒子形貌向柱状和线状发展，粉体相组成由Al向Al4C3转变，合金种类由FeAl2向Fe2Al5转变。当电流密度为100 mA/g时，4种复合材料电极的首次放电容量分别为348.8、193.3、275.5和628.8 mA∙h/g，金属间化合物Fe2Al5相的形成有利于提高充/放电容量和抑制体积变化，有效提高了电极的循环稳定性能。

Al-Fe/C；纳米复合材料；锂离子电池；负极材料；直流电弧法

锂离子电池作为一种绿色能量存储装置，由于具有高能量密度、相对低自放电率、无记忆效应、以及长循环寿命等优点，被广泛应用于便携式电子产品中，在电动汽车等动力能源领域具有广泛的应用前景[1−3]。目前，商业化锂离子电池的碳负极材料能量密度较低(375 mA∙h/g)，存在锂沉积相关的安全问题[4−6]。发展具有高嵌/脱锂容量、高充/放电功率、优异的循环稳定性能、低成本、安全性好的锂离子电池电极材料，成为当前的研究热点[7−9]。……