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
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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)


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

    参考文献
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    引证文献
引用本文

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.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[J].高分子材料科学与工程,2024,40(3):153-162. Zhen Wu, Xiang Wang, Shuangshuang Wang, Yanzhen Yin, Xingtang Liang, Binbin Zhang, Rong Huang, Tiantian Yi, Shiting Zhu, Zilin Qin, Zirun Chen. Preparation ofWaxberry-Like Carbon-Coated Fe3O4 Composites and Exploration on Performance of Lithium-ion Battery Anode[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2024,40(3):153-162.

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