第4章　多孔Fe2O3納米管的可控制備及鋰離子電池負極材料的性能研究

4.1　引言

2000年，Tarascon[1]等報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極材料，并且表現出優異的電化學性能，同時提出了這類材料作為鋰離子電池負極的儲鋰機理與傳統的嵌鋰機理不同。其反應的儲鋰機制如下：

在放電過程中，金屬鋰與過渡金屬氧化物MxOy發生氧化還原反應生成尺寸很小的金屬單質M和非晶態的Li2O。在充電過程中，生成的金屬M和Li2O反應生成MxOy和金屬鋰[2，3]。理論上，這個氧化還原反應是完全可逆的，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，遠遠高于傳統的碳基負極材料（372mA·h/g），這有利于未來高容量要求的鋰離子電池的開發。而且過渡金屬氧化物的放電平臺普遍高于石墨，有利于避免電化學反應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點，因此，對其潛在的應用具有重要的實際意義[6，7]。但是，過渡金屬氧化物的實際應用受到了其本征特點的制約[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/收縮的現象，容易造成電極材料的粉化，不利于電極材料的循環，從而導致了低的循環壽命[12～16]。為了改善過渡金屬氧化物的電化學性能，目前的研究熱點側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，改善電極材料的膨脹和粉化現象，從而提高循環穩定性。

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性能方面的突出表現，特別是空心結構具有的明顯優勢，我們利用靜電紡絲技術和控制煅燒的溫度，制備了多孔過渡金屬氧化物（如Fe2O3、Co3O4）納米管，并研究了其形成機理。將所制備的多孔Fe2O3納米管用作負極材料組裝成模擬電池，研究其作為鋰離子電池負極材料的電化學性能。