火焰法合成氧化铁/氮掺杂单壁碳纳米管及其电化学性能研究
2021-05-25李珊珊薛浪浪王文雨
李珊珊,薛浪浪,王文雨,米 杰
(太原理工大学 煤科学与技术教育部和山西省重点实验室,山西 太原 030024)
锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、循环性能好及环境友好等特点,在储能设备中得到了广泛应用[1]。 随着科学技术的发展,便携式、柔性储能设备引起研究者的热切关注,其中柔性电极材料因其柔软、轻便和高比容量等特点,成为研究储能设备的关键。碳纳米管(CNTs)因其良好的导电性和机械性能被广泛用于柔性电极领域,通常通过抽滤法[2]、化学气相沉积(CVD)法[3]、静电纺丝法[4]等制备而成。但CNTs的容量较低, 难以满足高性能电池的需求,因此常将CNTs作为集流体负载高电容材料,从而提高LIBs的整体能量密度。 Fe2O3因其成本低、理论比容量高(1007 (mA·h)/g)和储量丰富等优点常用于锂电池改性[5],与石墨的存储机理(嵌入/脱出)不同,其通过电化学转化反应存储Li+,因此随着充放电循环的进行,Fe2O3的结构和体积将会发生变化:电极材料粉碎、电池循环性能衰减、倍率性能严重变差。相关研究表明,通过优化氧化铁颗粒尺寸[6]、添加碳基材料[7]等方式可以在一定程度上改善其稳定性和导电性差的问题。Bhattacharya等[8]经过O3-模板-热处理等工艺制备具有蛛网状结构的Fe2O3/MWCNTs,在0.05 A/g电流密度时复合材料的容量约为822(mA·h)/g;Jiang等[9]制备柔性无粘结剂3DG/Fe2O3电极,其在LIBs中表现出优异容量和循环性能。 然而这些复合材料的合成过程大多较为复杂、合成周期较长,且活性组分难以均匀负载在CNTs上。因此,研发一种高效、快速的合成工艺制备高导电性、高容量复合材料具有重要意义。……
