Page 38 - 《精细化工》2021年第3期

·458· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

离子在重复插入/脱嵌循环过程中所引起的结构稳 醛树脂为碳氮前体，通过混合聚合物炭化法制备了
定性问题。制备的电极材料在 0.1 C 下可提供 用于锂离子电池电极材料的高孔隙率的氮掺杂碳
340 mA·h/g 的可逆比容量。出色的循环稳定性 包裹 LiFePO 4 的复合材料。加入 F127 所产生的多孔
（0.5 C 下 150 次循环无容量衰减）和优异的库伦效 结构更好地支持了离子传输和电容量，氮掺杂通过
率为钾离子电池提供了一种阳极材料。更为有趣的 氮官能团的孤对电子的拟电容效应从本质上提高
是，其制备机理类似于玻璃吹制过程，为以三聚氰 LiFePO 4 材料的电导率和表面润湿性。以其组装的
胺树脂为原料制备性能优异的碳基电极材料提供 电池组在 0.1 C 下表现出 158.1 mA·h/g 的放电容量。
了新的思路。 REN 等 [54] 通过炭化经三聚氰胺树脂覆涂 Li 4 Ti 5 O 12
2.1.2 核-壳结构复合材料 制备的核-壳复合材料也表现出优异的电化学特性。
对于一些具有相对较高的理论容量或高倍率性 LIANG 等 [55] 以三 聚氰 胺 - 甲醛 树 脂包裹 在
能的潜在电极材料，如 Si（理论比容量 3579 mA·h/g）、 Fe 3 O 4 纳米颗粒和还原氧化石墨烯（rGO）表面，经
物理高温炭化获得了氮掺杂的碳包覆 Fe 3 O 4 /rGO 纳
Fe 3O 4 （理论比容量 924 mA·h/g）、Li 4Ti 5O 12 、LiFePO 4
等 [52] ，其固有的较差的电导率、缓慢的锂离子扩散 米复合材料 NC@Fe 3 O 4 /rGO，合成路线如图 6 所示。
速率以及电解质界面层的不稳定性等问题成为其 复合材料在电流密度为 50 mA/g 下，经 100 次循环
应用的主要障碍 [53-56] 。研究者们提出了一种以三聚 后，可逆比容量达 900 mA·h/g 以上、初始库伦效率
氰胺树脂为原料通过涂覆等方式在材料表面形成 为 86%和最高库伦效率为 98%，这对过渡金属氧化
碳氮涂层并最终形成核-壳结构。碳氮层缓解了这些 物基阳极材料的实际应用至关重要。YANG 等 [57] 也
材料性能上的不足。JITTMONKONG 等 [53] 以聚氧乙 同样制备了以 Fe 3 O 4 为核的复合材料并获得优异的
烯-聚氧丙烯共聚物（F127）为成孔剂，三聚氰胺-甲 电化学性能。

GO—Graphite oxide; MFR—Melamine-formaldehyde resin; NC@Fe 3O 4/rGO—Nitrogen-doped carbon Fe 3O 4/rGO
图 6 Fe 3 O 4 /rGO 纳米复合材料的合成示意图 [55]
Fig. 6 Schematic illustration of the synthesis of Fe 3 O 4 /rGO nano composite [55]

Si 具有超高的理论电容，但硅基阳极体积膨胀 原料经不同的工艺所形成的碳氮层使材料具备更
率极高，很容易引起碳氮层的开裂。MA 等 [58] 采用 大的比表面积，缩短了锂离子的扩散路径并进一步
聚合物炭化法由聚乙烯醇和三聚氰胺树脂双聚合物 加快离子转移，既提高了电子导电性，又可通过阻
衍生的碳包封硅纳米颗粒，合成了以 Si 为核，掺氮 碍粒径的生长来限制粒径 [59] 。碳氮层中氮原子为
碳为壳的 Si@C 核-壳复合材料。聚合物炭化产生的 锂离子提供有利的活性位点，这对于充放电循环是
空隙可在一定程度上缓冲 Si 体积膨胀。通过炭化手 非常有利的 [57] 。不同内核材料的高理论电容量也
段有效避免了因采用化学刻蚀对 Si 核造成的损失。 使得复合材料表现出更加优异的电化学性能，使得
源自三聚氰胺树脂包封的 Si 纳米颗粒具有优异的电 这些具备优良特性的潜在材料获得更大的应用可
池性能，在 2 A/g 的电流密度下，经 500 次循环后 能性。
仍具有 1279.3 mA·h/g 的比容量。 2.1.3 其他复合材料
对于这些潜在的电极材料，以三聚氰胺树脂为 石墨烯作为一种二维导电材料被用于与三聚氰