鈷鐵

鋰離子二次電池負極材料經歷了從金屬鋰到鋰合金、碳素材料、過渡金屬氧化物的研究過程。實際使用主要為碳素材料，儘管通過材料改性在一定程度上改善了結構缺陷，提高了循環性能, 但其容量低的固有缺點無法克服, 影響碳素材料的實際應用。

因此尋找更好、更可靠的新型鋰離子電池負極材料成為人們的研究方向，自1997 年研究人員發現無定形錫基複合氧化物（簡稱TCO）有較好的循環壽命和較高的可逆容量，這一結果在《Science》發表後，氧化物負極材料引起了人們的廣泛注意, 成為電池負極材料領域研究的熱點。

Fe₂O₃、Co₃O₄是研究較多的金屬氧化物負極材料。Fe₂O₃的主要缺點是循環性能欠佳，Co₃O₄主要缺點是成本較高，這些缺點影響了金屬氧化物負極材料的實際應用，而克服這些缺點是金屬氧化物負極材料領域研究的重點 ^[1]  。

將一定量的濃NH₃·H₂O 溶液滴加到50 mL0.25 mol/LFeCl₃和50 mL0.25 mol/LCoCl₂混和溶液中，滴速為0.2滴/s。

待沉澱完全後，繼續攪拌6h，並將此沉澱放置24 h後抽濾，洗滌至pH值為中性，然後置於烘箱中，於60℃下乾燥24h，冷卻至室温後研磨，後置於馬弗爐中在500℃下加熱6h，即得到深褐色粉狀鈷鐵複合氧化物。

將活性物質鈷鐵複合氧化物粉末、乙炔黑和PVDF按質量比75∶20∶5在溶劑N-甲基吡咯烷酮中混合均勻，然後將其均勻塗布在集流體銅箔上，在120℃真空乾燥6 h製成鈷鐵複合氧化物電極。以鈷鐵複合氧化物為正極，以Cellgard-2400型聚丙烯膜為隔膜，1.0mol/L LiPF6 /（EC+DEC）（體積比為1∶1）溶液為電解液，金屬鋰為負極，在充滿氬氣的手套箱中裝配成扣式測試電池。在Land CT2001A 型電池測試系統上進行充放電測試，充放電電壓範圍為2.5～0.05 V，充放電電流密度為0.2mA/cm²。循環伏安測試在CHI660b上進行測試，掃描速度為0.2 mV/s，掃描範圍為2.5～0.05V ^[2]  。

合成樣品為鈷鐵複合氧化物。根據鈷鐵複合氧化物的最強衍射峯101 峯，採用Scherrer 公式可以計算鈷鐵複合氧化物平均顆粒尺寸分別為25nm。可見，樣品的尺寸在納米級範圍內。

鈷鐵複合氧化物有許多大小比較均勻的球狀顆粒和棒狀顆粒組成，球狀顆粒之間存在較輕的團聚現象，而棒狀顆粒分散情況良好。球狀顆粒平均粒徑和棒狀顆粒的一維長度均為25 nm，與XRD 得到的結果相符。均勻的粒度分佈、較小的顆粒尺寸使納米鈷鐵複合氧化物負極具有較好的循環性能。

鈷鐵複合氧化物初始放電比容量為365mAh/g，第30周放電比容量為314 mAh/g，第40周放電比容量為268.9 mAh/g，第50周放電比容量為250.2mAh/g；氧化鐵的初始放電比容量為806.2mAh/g，第30周放電比容量為133.2mAh/g，第40周放電比容量為88.5 mAh/g，第50周放電比容量為53mAh/g。可見鈷鐵複合氧化物的放電比容量明顯高於氧化鐵。

從30～50周，鈷鐵複合氧化物放電比容量由314 mAh/g 衰減到250.2 mAh/g，放電比容量保持率為80%；從40周到50周，鈷銅複合氧化物放電比容量由268.9 mAh/g 衰減到250.2 mAh/g，放電容量保持率為93%，鈷鐵複合氧化物放電容量的衰減明顯低於氧化鐵。從放電容量- 循環次數可見，從第40 周後鈷鐵複合氧化物放電圖形基本為一平台，説明鈷鐵複合氧化物具有良好的循環性能。

以二氯化鈷、氯化鐵、氨水為原料，用沉澱法製備了納米鈷鐵複合氧化物粉末，並用X- 射線衍射分析、透射電鏡和多種電化學方法對其進行了表徵和測試。結果表明鈷鐵複合氧化物由許多大小比較均勻的球狀顆粒和棒狀顆粒組成，樣品粒度分佈較集中、平均粒徑在25nm左右，球狀顆粒存在較輕的團聚現象；電化學研究表明，從40周到50周，鈷鐵複合氧化物放電比容量由268.9mAh/g 衰減到250.2 mAh/g，放電容量保持率為93%，從放電比容量- 循環次數中可見，第40周後鈷鐵複合氧化物放電圖形基本為一平台，説明納米鈷鐵複合氧化物具有較高的放電比容量和良好的循環性能；與碳材料相比，納米鈷鐵複合氧化物結構穩定，可靠性較高，與電解質溶液相容性較好，具備較高的放電容量和良好的循環性能，同時鈷鐵複合氧化物採用部分氧化鐵取代四氧化三鈷，有效降低了生產成本，是一種很有前途的鋰離子電池負極材料 ^[3]  。