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3D网状FeOx/C负极材料

3D网状FeOx/C负极材料

纳米尺寸的过渡金属氧化物(TMO),如Fe2O3和Fe3O4,由于理论比容量高,被认为是潜在的锂离子电池负极材料。然而,循环过程中低的导电性、较大的体积变化,往往会导致活性物质的团聚和粉化,造成电化学性能低下。鉴于此,安徽师范大学耿保友教授研究团队开发了一种干法生产的方法来制备碳封装的3D网状FeOx/C材料,具有极好的电化学性能,并且该方法简单可扩展。

3D网状FeOx/C负极材料

图1. 3D网状碳涂层Fe3O4/Fe的合成示意图

 

在制备过程中,作者用硝酸铁溶液和滤纸用作原料,其中滤纸作为碳源。通过简单的煅烧就可得到碳涂层的Fe3O4/Fe。制备出的3D网状FeOx/C具有独特的优势。首先,滤纸由具有许多羟基的纤维素组成。更高的液体吸附能力有利于煅烧后形成碳涂层结构,增强电化学性能。其次,来自滤纸的碳可以引起碳热还原形成Fe。增加的碳和金属Fe进一步提高了这种材料的导电性。通过电化学测试,这种3D-FeOx/C复合材料在0.2A/g下经过50次循环,仍提供851.3mAh/g的比容量。在1A/g下 300次循环后,也显示出高达714.7mAh/g的稳定性和倍率性能。

3D网状FeOx/C负极材料

图2.(a)3D网状FeOx/C复合材料的SEM图像; (c)产品的TEM图像和SEAD图案; (c)和(d)是(b)中标记区域的HRTEM图像。

3D网状FeOx/C负极材料

图3(a)Fe-O-C-750前三个循环的CV曲线;(b)Fe-O-C-750的前三周期和第五周期的充放电曲线;(c)在0.2A/g的电流密度下C-750,Fe-O-750,Fe-O-C-550,Fe-O-C-650,Fe-O-C-750和Fe-O-C-850的循环性能;(d)评估不同产品的倍率性能。

注:Fe-O-C-x:x代表煅烧温度

 

这种3D网状FeOx/C的优良性能也得益于形貌和孔隙度:

  • 首先,由于碳涂层结构,避免了TMO纳米粒子直接暴露在电解液中,这样可以提高固体电解质界面(SEI)膜的稳定性

  • 其次,由于具有高导电性的碳壳,体积效应可以减轻,这有利于提高电化学性能。

值得注意的是,这种复合材料可以用作锂离子的电极材料,不仅因为其良好的性能,而且合成方法简单且无污染。

 

Min Li, Haoran Du, Long Kuai, Kuangfu Huang,Yuanyuan Xia, Baoyou Geng; Scalable dry-production of superior 3D net-like FeOx/C composite anode material for lithium ion battery; Angewandte(2017); DOI: 10.1002/anie.201707647


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