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《过程工程学报》 2020年09期
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聚丙烯酸修饰的Fe_3O_4@C核壳型微球的制备及其在锂离子电池负极中的电化学性能

朱琳  王芳宇  李洁  马扬洲  宋广生  夏爱林  
【摘要】:锂离子电池作为最有前途的储能技术之一,因具有循环寿命长、能量密度大、自放电率低、热稳定性能好、记忆效应不明显等优势,已成为新型能源领域的研究热点。本工作以聚丙烯酸(PAA)修饰的粒径约250 nm的Fe_3O_4微球为核,葡萄糖为碳源,通过水热法制备了Fe_3O_4@C核壳型微球,研究其作为锂离子电池负极材料的电化学特性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重(TGA–DTA)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等手段对其表征,并通过循环伏安特性曲线、循环性能曲线、倍率性能曲线,充放电平台曲线和阻抗及其拟合曲线等研究其电化学性能。结果表明,制备的聚丙烯酸(PAA)修饰的Fe_3O_4@C核壳型微球球状完整,粒径均一,平均尺寸约310 nm,碳层表面光滑,包覆均匀,平均厚度约30 nm。Fe_3O_4@C的核壳结构有效缓解了恒流充放电过程中的体积膨胀,避免了晶体结构的快速坍塌。PAA中大量的羧基基团对Fe_3O_4起到表面改性的作用,有效避免了颗粒团聚,保证了良好的分散性。碳的有效包覆可改善Fe_3O_4材料作为锂离子电池负极材料的离子和电子电导,增加其比容量、库伦效率和循环稳定性。Fe_3O_4@C核壳型微球在100 m A/g电流密度下,恒流充放电循环370圈后,仍能保持655 m Ah/g放电比容量,约为首次放电的50%,具有良好的容量保持率。

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