CoFe2O4实心,空心和多壳空心纳米球的可控合成及电化学储锂性能研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sailala77882001
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三元过渡金属氧化物(TTMOs)由于它们复杂的化学成分,灵活的结构变化和多种金属之间高效的协同作用已经被广泛应用于锂离子电池(LIBs)的电极材料中。然而,它们固有的低导电性和在锂离子(Li+)反复充放电过程中由巨大的体积变化导致的材料粉碎等问题阻碍了它们的实际应用。一个有效的解决办法是去设计各种空心微纳米结构的TTMOs,当然这已经被广泛证明过。尤其的,多壳空心结构的TTMOs最近被广泛关注,因为它们不仅可以继承简单空心结构的所有优点,还拥有较高的能源密度和较高的结构稳定性。因而近些年来,对于多壳TTMOs的空心结构,国内外的许多研究者们已经成功设计出了各种各样的合成策略。然而,据我们所总结的,目前多壳TTMOs空心结构的合成方案不是涉及多步的、耗时的、不适合大量合成的步骤,就是很难控制其形貌、聚集程度和尺寸大小,尤其是在纳米级尺寸的控制上。因此,通过一个简单的方法大规模地合成纳米级的多壳TTMOs空心结构是高度值得期待的。CoFe2O4(CFO)由于它在自然界的储备丰富,价格低廉,环境友好和理论容量高(916 mA h g-1)等众多优点,从TTMOs中脱颖而出。然而,据我们了解,目前就多壳CoFe2O4空心纳米结构的构建和它在锂离子电池中的应用的相关文献是很少的。本文中,我们首次设计了一个简单有效的方法,以聚丙烯酸铵纳米球(PAA-NH4NSs)为模板,大规模地合成了 CoFe2O4实心纳米球(CFO-SNSs),CoFe2O4空心纳米球(CFO-HNSs)和多壳CoFe2O4空心纳米球(MS-CFO-HNSs),并实现了它们的可控合成。当用作LIBs负极材料时,在500 mA g-1的电流密度下循环500圈之后,MS-CFO-HNSs的容量仍保持在1354 mA h g-1,这是优于同等条件下CFO-HNSs和CFO-SNSs的剩余容量的。甚至在1000和5000 mA g-1的电流密度下,循环500圈之后,MS-CFO-HNSs仍分别有1041和570mA hg-1的容量剩余,这是在所有报道过的类似材料中表现出性能最好的。如此优异的循环性能归因于MS-CFO-HNSs独特的形貌特征和纳米级尺寸(100 nm)。总之,大规模的简单的合成过程,独特纳米级尺寸的多壳结构和优异的电化学性能使MS-CFO-HNSs有望成为未来潜力级的LIBs负极材料。
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