Nat. Commun.：无机-有机竞争涂层策略衍生的均匀空心梯度结构四氧化三铁-碳纳米球，助力高倍率和长寿命锂离子电池

兔兔

2021-05-21

梯度结构是体积变化剧烈的转换型负极的理想纳米结构。有鉴于此，复旦大学赵东元教授、李伟教授等人受椰子结构的启发，设计了空心梯度结构的四氧化三铁-碳（HG-Fe₃O₄@C）纳米球，用于超快、长期的锂离子电池负极。

本文要点：

1）展示了一种无机-有机竞争涂层策略来构建梯度结构的氧化铁-碳纳米球，其中氧化铁纳米颗粒的沉积和碳物种的聚合具有竞争性，并且可以通过反应热力学很好地控制。合成的梯度结构尺寸为~420 nm，由碳基体中的四氧化三铁纳米粒子（4-8 nm）和无定形碳层（~20 nm）组成，由内到外依次由高到低分布聚集到内层（~15 nm）。

2）当用作锂离子存储的负极时，所获得的均匀梯度结构Fe₃O₄@C纳米球提供了一个令人印象深刻的可逆容量（~750 mAh g⁻¹），即使在10 A g⁻¹的高电流密度下循环10000次后，库仑效率仍高达~99.0%。其含量远远高于蛋黄壳结构的Fe₃O₄@C（350 mAh g⁻¹）和中空杂化结构的Fe₃O₄@C（330 mAh g⁻¹）纳米球。

3）此外，梯度结构的Fe₃O₄@C纳米球的体积变化可控制在~22%，径向膨胀率可控制在~7%，即使是在20 A g⁻¹的超高倍率循环10,000次后，其稳定的可逆比容量可控制在~500 mAh g⁻¹。

这种独特的无机-有机竞争策略简单、可重复、通用，可以为下一代高性能负极的纳米结构和复合材料设计带来了灵感。

Yuan Xia et al. Inorganic-organic competitive coating strategy derived uniform hollow gradient-structured ferroferric oxide-carbon nanospheres for ultra-fast and long-term lithium-ion battery. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 2973.

DOI: 10.1038/s41467-021-23150-8.

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23150-8