α-氧化鐵介孔納米材料的制備及其在鋰/鈉離子電池中的電化學性能

李華梅 陳宇杰 趙曉輝＊, 鄧 昭＊,

(1蘇州大學能源學院、能源與材料創新研究院，蘇州 215006)

(2江蘇省先進碳材料與可穿戴能源技術重點實驗室，蘇州 215006)

0 引 言

隨著傳統化石能源造成的氣候問題與環境污染的日益加劇，尋找高性能、低成本、以及環境友好的能源體系已成為目前急需解決的問題[1-2]。鋰離子電池(LIBs)的能量密度高、自放電率低、循環壽命長，已經被廣泛應用于各種儲能器件中，逐漸成為便攜式設備、電動汽車、混合動力汽車，甚至智能電網的理想供電體。但是全球鋰資源儲量無法滿足對鋰離子電池日益增加的巨大需求，必須開發其他低成本可替代鋰離子電池的相關儲能技術，因此鈉離子電池(SIBs)應運而生。鈉與鋰具有相似的嵌入機理，而且鈉在地球中的蘊藏量豐富，用鈉代替鋰能緩解鋰的資源短缺問題。目前商業化的鋰離子負極材料主要為石墨材料，其較低的理論容量(372 mAh·g-1)已經不能滿足日益增高的電池容量的需求[3-4]，因此，急需開發高性能的電極材料。氧化鐵(Fe2O3)由于其理論比容量高(1 007 mAh·g-1)、儲量豐富、價格低廉、耐腐蝕以及對環境友好等特點，引起研究者們極大的興趣[5]。然而，Fe2O3導電性差，充放電過程中體積膨脹顯著，從而造成電極的結構坍塌以及部分溶解等問題，嚴重阻礙了Fe2O3材料在電池儲能中的實際應用[6]。

眾多研究表明，縮小材料尺寸和形成多孔結構是緩解Fe2O3體積變化及增加材料的電解液浸潤性的有效方法。基于此，研究者們合成了許多Fe2O3納米材料，如：具有空心(微米球、微米盒等)和納米結構(納米棒、納米花、納米顆粒、納米管等)的Fe2O3來提高鋰離子電池的充放電比容量和循環性能[7-10]。……