静电纺丝制备Fe₇S₈/C纳米纤维及黏结剂对其储钾性能影响分析

摘要

【目的】Fe₇S₈具有理论比容量高、成本低的优点，是一类富有潜力的钾离子电池负极材料.然而其固有的低电导率和较大的体积膨胀严重限制了实际应用.黏结剂本身的力学性能及其与活性物质的相互作用对固态电解质（SEI）膜的形成起着关键的作用，稳定的SEI膜能够有效提高电池的循环稳定性.本研究通过使用不同黏结剂，改善了铁基硫化物负极SEI膜的稳定性，缓解了循环过程中由于体积变化引起的电极粉化和脱落等问题.【方法】采用静电纺丝法结合高温硫化制备了Fe₇S₈/C纳米纤维（Fe₇S₈/CNFs）负极材料，使用聚丙烯酸（PAA）和聚偏氟乙烯（PVDF）作为黏结剂制备不同的电极，分别命名为Fe₇S₈/CNFs-PAA和Fe₇S₈/CNFs-PVDF,并使用物理表征和电化学测试分析了PAA能够改善电池性能的原因.【结果】对比发现，Fe₇S₈/CNFs-PAA电极在100 mA·g^-1下循环150次后具有412.1 mAh·g^-1的可逆放电比容量，而Fe₇S₈/CNFs-PVDF电极仅有154.0 mAh·g^-1.在2 000 mA·g^-1的大电流下，Fe₇S₈/CNFs-PAA电极可提供214.4 mAh·g^-1的高容量.即使在1 000 mA·g^-1下，经过1 000次循环后，仍能保持191.1 mAh·g^-1的可逆容量，而Fe₇S₈/CNFs-PVDF电极容量迅速衰减，仅为39.9 mAh·g^-1.【结论】Fe₇S₈/CNFs-PAA优异的电化学性能主要是由于PAA黏结剂能实现Fe₇S₈活性材料间的稳定黏合，并促进电极表面SEI膜的形成，从而使Fe₇S₈/CNFs-PAA电极具有更小的电化学阻抗及优异的抗应变能力，有利于充放电时电子/离子的快速传输及循环稳定性的提升.

关键词

钾离子电池 / 硫化铁 / 黏结剂 / 静电纺丝