第4章　多孔Fe2O3納米管的可控制備及鋰離子電池負(fù)極材料的性能研究

4.1　引言

2000年，Tarascon[1]等報(bào)道了納米尺度的過渡金屬氧化物MxOy（M=Fe、Co、Ni、Cu等）可以作為鋰離子電池負(fù)極材料，并且表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，同時提出了這類材料作為鋰離子電池負(fù)極的儲鋰機(jī)理與傳統(tǒng)的嵌鋰機(jī)理不同。其反應(yīng)的儲鋰機(jī)制如下：

在放電過程中，金屬鋰與過渡金屬氧化物MxOy發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成尺寸很小的金屬單質(zhì)M和非晶態(tài)的Li2O。在充電過程中，生成的金屬M(fèi)和Li2O反應(yīng)生成MxOy和金屬鋰[2，3]。理論上，這個氧化還原反應(yīng)是完全可逆的，因此具有較高的可逆容量，過渡金屬氧化物的理論比容量在600～1000mA·h/g之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的碳基負(fù)極材料（372mA·h/g），這有利于未來高容量要求的鋰離子電池的開發(fā)。而且過渡金屬氧化物的放電平臺普遍高于石墨，有利于避免電化學(xué)反應(yīng)過程中鋰枝晶的形成[4，5]。不僅如此，眾所周知很多過渡金屬氧化物（如鐵、錳氧化物）具有資源豐富、價格低廉和易于制備等優(yōu)點(diǎn)，因此，對其潛在的應(yīng)用具有重要的實(shí)際意義[6，7]。但是，過渡金屬氧化物的實(shí)際應(yīng)用受到了其本征特點(diǎn)的制約[8～11]。過渡金屬氧化物在嵌鋰/脫鋰過程中，會有明顯的體積膨脹/收縮的現(xiàn)象，容易造成電極材料的粉化，不利于電極材料的循環(huán)，從而導(dǎo)致了低的循環(huán)壽命[12～16]。為了改善過渡金屬氧化物的電化學(xué)性能，目前的研究熱點(diǎn)側(cè)重于制備具有特殊形貌的納米材料[17～24]。這類電極材料可以有效地抑制充放電過程中鋰離子嵌入/脫出造成的體積效應(yīng)，改善電極材料的膨脹和粉化現(xiàn)象，從而提高循環(huán)穩(wěn)定性。

鑒于特殊形貌的過渡金屬氧化物納米材料在提高其電化學(xué)性能方面的突出表現(xiàn)，特別是空心結(jié)構(gòu)具有的明顯優(yōu)勢，我們利用靜電紡絲技術(shù)和控制煅燒的溫度，制備了多孔過渡金屬氧化物（如Fe2O3、Co3O4）納米管，并研究了其形成機(jī)理。將所制備的多孔Fe2O3納米管用作負(fù)極材料組裝成模擬電池，研究其作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。