锂离子电池用α-Fe2O3-Ag复合纳米棒负极材料的制备及储锂性能.pdfVIP

Vo1．34 高等 学校 化 学 学报 No．3 2013年3月 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES 668～673 doi：10．7503／cjc 锂离子电池用 -Fe2O3-Ag复合纳米棒 负极材料的制备及储锂性能 吴 平 ，杜 宁 ，张 辉 ，杨德仁。，陆天虹 (1．硅材料国家重点实验室，浙江大学材料科学与工程学系，杭州 310027； 2．江苏省新型动力电池重点实验室，南京师范大学化学与材料科学学院，南京 210046) 摘要 采用FeOOH纳米棒为前驱体，通过层层 自组装法及随后的热处理过程制备出 ．Fe：O，一Ag复合纳米 棒．采用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和电化学性能测试对样品的形貌、结构 及电化学性能进行了表征．结果表明，Ag纳米颗粒均匀地分布在O一／FeO。纳米棒的表面．作为锂离子电池 负极材料，O一／FeO，-Ag复合纳米棒表现出了较好的循环性能和较高的比容量．180个循环后，其比容量高达 549．8mA ·h／g． 关键词 锂离子电池 ；负极材料；Ot—FeO一Ag复合纳米棒；层层自组装法；储锂性能 中图分类号 0646 文献标志码 A 作为高性能的绿色化学电源，锂离子电池已经被广泛应用到便携式的移动电子市场，并在 电动汽 车、电网调峰和可再生能源的储存等领域显示了诱人的前景 J．目前锂离子电池的商业化负极材料 主要是石墨类碳材料．然而，石墨较低的理论比容量(372mA ·h／g)很难满足锂离子动力电池的需求， 从而制约了其在 电动汽车领域中的广泛应用．因此，需要寻求具有高比容量的负极材料体系 ]，例如 硅基 J、锡基 和过渡金属氧化物 负极材料． Ot—FeO，是一类重要的过渡金属氧化物负极材料，具有较高的理论比容量(1007mA ·h／g)、低成 本和环境友好等优点．因此，Ot—Fe：O 被认为是最有前途的碳负极材料的替代物之一I1 ．然而， Ot—Fe：O在脱嵌锂过程中巨大的体积变化会导致 电极材料的粉化和比容量的快速衰减．目前，研究工作 主要集中于制备纳米结构的Ot—FeO，负极材料来缓解脱嵌锂过程中的体积变化，从而改善其循环稳定 性．例如，Od—FeO纳米棒 、纳米管 、中空纳米球 口]、纳米片n引和纳米胶囊 均在锂离子电池 负极材料的应用中表现出了较好的循环性能．然而，单一组分的Ot．Fe：O，纳米结构在循环过程中会发 生团聚而导致结构的破坏 加．因此，制备基于Ot—Fe：O，纳米结构的复合结构被认为是进一步改善其 电化学性能的有效途径之一 ．Ag是一种有效的可提高电极材料 电化学性能的添加物．例如， si—Ag ，TiO：一Ag 和NiO-Ag 复合纳米结构表现出了较好的循环性能、较高的比容量和首次充放 电效率．目前还未见到关于 —FeO，一Ag复合纳米结构作为锂离子电池负极材料的报道． 本文采用FeOOH纳米棒为前驱体，通过层层 自组装法及热处理制备出 ．FeO。．Ag复合纳米棒， 并对其形貌、结构和电化学性能进行了表征．在层层 自组装的过程中，强烈的静电吸引作用可以保证 Ag纳米颗粒均匀地沉积到FeOOH纳米棒的表面．Ag纳米颗粒能提高电极材料的结构稳定性和导电 性，从而改善 ．FeO 负极材料的电化学性能． 1 实验部分 1．1 试剂与仪器 聚丙烯氯化铵(PAH，M =60000)和聚苯乙烯磺酸钠 (PSS，M =70000)购 自Sigma公司．无水三 收稿Ft期：2012~5-25． 基金项 目：国家自然科学基金 (批准号51002133)资助． 联系人简介：张 辉，男，博士，副教授，主要从事新能源材料研究．E—mail：msezhanghui@zju．edu．cn 昊 平等：锂离子电池用0一F【e203-Ag复合纳米棒负极材料的制备及储锂性能