Page 154 - 精细化工2020年第2期

第 37 卷第 2 期 精 细 化 工 Vol.37, No.2
202 0 年 2 月 FINE CHEMICALS Feb. 2020

有机电化学与工业
两步法合成交联碳/氮双掺杂 Fe O 锂离子阳极材料
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吴启超，战蕾宇，张沉鱼，蒋荣立 ，龙钟艳，王 琳
（中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州 221116）

摘要：采用简单高效的两步法制备交联结构的碳/氮双掺杂 Fe 3 O 4 锂离子电池阳极复合材料(Fe 3 O 4 /C/N)。利用
XRD、XPS、TG、SEM、TEM 对其进行了表征与分析。当具有交联状纳米结构的复合材料 Fe 3 O 4 /C/N 用作锂离
子电池的阳极材料时，展现出较高的可逆容量及优异的循环性能。在电流密度为 0.2 A/g 的条件下，交联状
Fe 3 O 4 /C/N 的首次库伦效率为 73.9%，循环 210 圈后，容量仍达 516 mA·h/g，容量保持率为 64.6%，每个循环周
期的容量衰减率为 0.17%。
关键词：Fe 3 O 4 ；掺杂；交联状；锂离子电池；阳极材料；有机电化学与工业
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2020) 02-0356-06

Two-step synthesis of carbon/nitrogen double-doped interconnected
Fe 3O 4 composite as anode material for lithium-ion battery

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Wu Qichao, Zhan Leiyu, Zhang Chenyu, Jiang Rongli , Long Zhongyan, Wang Lin
（College of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116,
Jiangsu, China）

Abstract: Interconnected carbon/nitrogen double-doped Fe 3O 4 (Fe 3O 4/C/N) composite as anode material
for lithium-ion battery was prepared by a simple and efficient two-step method. Fe 3O 4/C/N composite was
characterized and analyzed by XRD, XPS, TG, SEM and TEM. It was found that Fe 3O 4/C/N composite as
anode material for lithium-ion battery showed high reversible capacity and excellent cycling performance.
The initial coulomb efficiency of Fe 3O 4/C/N was 73.9% at a current density of 0.2 A/g. The capacity was
516 mA·h/g after 210 cycles, and the capacity retention rate was 64.6%. The capacity decay rate for each
cycle was 0.17%.
Key words: Fe 3O 4; doping; interconnected structure; lithium-ion batteries; anode materials; electro-organic
chemistry and industry

近年来，随着社会智能化以及电动汽车行业的 然而，Fe 3 O 4 在充放电过程中会产生较大的体积
快速发展，人们对化学电源特别是二次电池提出了 变化，从而导致循环和倍率性能较差 [10-13] ，限制了
更高的要求。锂离子电池（LIBs）不仅是使用最为 其在 LIBs 中的应用。迄今为止，科研人员已经进行
广泛的电池，也是相对安全的高性能二次电池 [1-2] 。 了许多研究来解决上述问题。例如，Yang 等 [14] 成功
早在 2000 年，过渡金属氧化物（TMO）就被 制备出核壳状 Fe 3 O 4 @N 掺杂碳纳米粒子，该复合材
认为是一种优异的新型 LIBs 阳极材料 [3-5] 。TMO 基 料具有优异的电化学性能。
于自身的转化反应机理而具有较高的理论比容量。 碳掺杂是一种常用的改善 Fe 3 O 4 性能的方法。
而在 TMO 中，Fe 3 O 4 因其较高的理论容量（924 碳掺杂具有以下三大优势：首先，碳掺杂有利于减
mA·h/g）、低成本以及制备工艺简单被认为是一种极 轻 Fe 3 O 4 在充放电过程中锂离子的嵌入和脱嵌带来
具前景的阳极材料 [6-9] 。 的体积变化 [15] ；其次，碳掺杂改善了电极材料的电

收稿日期：2019-06-25; 定用日期：2019-08-26; DOI: 10.13550/j.jxhg.20190592
基金项目：国家自然科学基金（51674262）；2018 江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目（201810290080X）
作者简介：吴启超（1992—），男，博士生，E-mail：wqcchemistry16@163.com。联系人：蒋荣立（1968—），女，教授，E-mail：
rongli_jiang@sina.com。