高分子材料科学与工程2024,Vol.40Issue(3) :153-162.DOI:10.16865/j.cnki.1000-7555.2024.0054

杨梅状碳包覆四氧化三铁复合材料的制备及锂离子电池负极性能

Preparation of Waxberry-Like Carbon-Coated Fe3O4 Composites and Exploration on Performance of Lithium-ion Battery Anode

吴臻 王相 汪双双 尹艳镇 梁兴唐 张斌斌 黄蓉 易甜甜 朱诗婷 覃子林 陈梓润
高分子材料科学与工程2024,Vol.40Issue(3) :153-162.DOI:10.16865/j.cnki.1000-7555.2024.0054

杨梅状碳包覆四氧化三铁复合材料的制备及锂离子电池负极性能

Preparation of Waxberry-Like Carbon-Coated Fe3O4 Composites and Exploration on Performance of Lithium-ion Battery Anode

吴臻 1王相 2汪双双 2尹艳镇 2梁兴唐 2张斌斌 2黄蓉 2易甜甜 2朱诗婷 2覃子林 2陈梓润2
扫码查看

作者信息

  • 1. 广西大学化学化工学院,广西南宁 530004
  • 2. 北部湾大学广西绿色化工新材料与安全技术重点实验室,广西钦州 535011
  • 折叠

摘要

Fe3O4被认为是一种储锂性能优异的锂离子电池负极材料,但目前仍存在导电性差和充放电过程体积膨胀问题.文中以L-精氨酸、对苯二甲醛和九水硝酸铁为原料,通过溶剂热反应得到铁离子掺杂L-精氨酸聚合物(W-Fe3O4@NC precursors),随后高温热解制备了杨梅状碳包覆四氧化三铁(W-Fe3O4@NC)复合负极材料.对W-Fe3O4@NC的形貌、表面化学结构、孔隙率和在锂离子电池负极中的电化学性能进行了表征.结果表明,得益于独特的杨梅状形貌、有益的氮掺杂、高度分散的Fe3O4纳米微粒和均匀的碳包覆,W-Fe3O4@NC在1 A/g电流密度下循环800圈后比容量高达815.1 mAh/g,在5 A/g的大电流密度下,比容量仍保持在232 mAh/g,循环稳定性和倍率性能显著优于纯碳材料(NC)和市售Fe3O4纳米粒子.

Abstract

Fe3O4 is considered as potential anode material for lithium-ion batteries with excellent lithium storage performance,but there are still issues of poor conductivity and volume expansion during charging and discharging.In this paper,L-arginine,p-phenylenediamine,and iron(Ⅲ)nitrate nonahydrate were used as raw materials to synthesize iron-doped L-arginine polymer(W-Fe3O4@NC precursor)through solvent thermal reaction.Subsequently,the waxberry-like carbon-coated Fe3O4 composite(W-Fe3O4@NC)was prepared by carbonization of the W-Fe3O4@NC precursor.The morphology,surface chemical structure,porosity,and electrochemical performance as lithium-ion battery anode of W-Fe3O4@NC were characterized.Benefit from the unique waxberry-like shape,beneficial nitrogen doped,highly dispersed Fe3O4 nanoparticles,and uniform carbon coating,the specific capacity of W-Fe3O4@NC reaches to 815.1 mAh/g after 800 cycles at a current density of 1 A/g and still remains 232 mAh/g at a current density of 5 A/g,which surpass those of NC and commercial Fe3O4 nanoparticles,demonstrating excellent cycling stability and rate performance.

关键词

L-精氨酸聚合物/四氧化三铁/杨梅状/锂离子电池/负极材料

Key words

L-arginine polymer/Fe3O4/waxberry-like/lithium-ion batteries/anode material

引用本文复制引用

基金项目

广西科技基地与人才专项(桂科AD22035007)

广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2022KY0424)

北部湾大学高层次人才科研启动项目(2021KYQD04)

出版年

2024
高分子材料科学与工程
中国石油化工股份有限公司科技开发部 国家自然科学基金委员会化学科学部 高分子材料工程国家重点实验室 四川大学高分子研究所

高分子材料科学与工程

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.563
ISSN:1000-7555
参考文献量23
段落导航相关论文