华东理工：三明治状r-Fe3O4/rGO@CN复合材料，用于锂离子电池

成果简介

Fe3O4是一种有前景的负极材料，但在开发高性能锂离子电池电极方面面临挑战。本文，华东理工大学王际童教授、乔文明教授团队在《ChemNanoMat》期刊发表名为“Construction of Sandwich-Like r-Fe3O4/rGO@CN Anode Materials as Conductive Agent-Free Anode for Lithium-Ion Batteries”的论文，研究采用水热法和冷冻干燥工艺，制备了以还原氧化石墨烯（rGO）为导电基体、以无定形氮掺杂碳（CN）为保护层的Fe3O4纳米棒。得到的Fe3O4纳米棒均匀地分散在rGO纳米片上。rGO的加入提高了复合材料的导电性，而无定形碳层减轻了Fe3O4纳米棒的体积膨胀效应。

此外，原位掺氮加速了电解质的润湿效果，并降低了扩散和传输阻力。因此，所获得的r-Fe3O4/rGO@CN复合材料作为无导电剂阳极，在合适的掺氮碳覆盖率下表现出了出色的性能和循环稳定性。在电流密度为0.5A g-1的情况下，100次循环后，容量可以保持在1020.7 mA h g-1。此外，在2 A g-1的高电流密度下，每个循环的容量衰减率只有0.08%。研究结果表明，所制备的r-Fe3O4/rGO@CN复合材料是一种有前景的候选材料，可用作锂离子电池的负极材料。

图文导读

图1、r-Fe3O4/rGO@CN纳米复合材料的合成程序的反应方案。

图2、(a-d） r-Fe3O4/rGO@CN1, r-Fe3O4/rGO@CN1, r-Fe3O4/rGO@CN3 r-Fe3O4@CN纳米复合材料的SEM图像；(e-h) r-Fe3O4/rGO@CN2纳米复合材料的TEM图像以及 r-Fe3O4/rGO@CN2纳米复合材料的HRTEM图像。

图3、各材料表征

图4、r-Fe3O4/rGO@CNx和r-Fe3O4@CN纳米复合材料的CV曲线。

图5、(a)电流为0.5A g-1时的循环性能；(b)库仑效率；(c)r-Fe3O4/rGO@CNx和r-Fe3O4@CN的速率性能；(d)r-Fe3O4/rGO@CN2纳米复合材料在不同电流密度下的充放电曲线；以及(e)r-Fe3O4/rGO@CN2纳米复合材料在2 A g-1时的长期循环性能。

图6、容器控制容量，(d)r-Fe3O4/rGO@CN2纳米复合材料在不同扫描速率下的电容贡献率。

小结

通过水热法和冷冻干燥法设计并制备了以棒状Fe3O4为活性材料、还原氧化石墨烯（rGO）为导电基体、无定形氮掺杂碳层（CN）为保护层的三明治状r-Fe3O4/rGO@CN复合材料。研究结果为导电无添加剂材料在锂离子电池中的应用开辟了新的途径，这对取代商业锂离子电池具有突出的潜力。

文献：

https://doi.org/10.1002/cnma.202200435