金属氧化物是锂离子电池(LIBs)商用石墨的潜在替代负极材料,但导电性差和体积变化大,严重阻碍了其实际应用。在此,研究者通过简便的静电纺丝策略和随后的退火反应在多孔碳纳米纤维内可控合成了非晶态/晶态MnCo2Ox纳米颗粒(标记为MCO@CNFs)。在受控气氛和温度下,通过热还原/氧化,可以很容易将相结构从金属Mn/Co调整为非晶态MnCo2Ox和晶态MnCo2O4.5。当作为LIBs的负极进行测试时,优化的MCO@CNFs在200mA/g下循环250次后可提供高达780.3 mA h g-1的稳定容量,这可归因于独特的非晶结构和缺陷碳纳米纤维矩阵的协同效应。具体而言,具有丰富缺陷的无定形结构为Li+扩散提供了更多的反应位点和多种途径,而碳杂化充分提高了电极的电导率并对体积变化起到了缓冲作用。更重要的是,本研究展示了一种方便的合成策略来控制碳基质内金属到氧化物结构的演变,这对于探索下一代LIBs的高性能电极具有重要意义。
图1.MC@CNFs的合成及其在空气中受控退火后转化为MCO@CNFs的示意图。
图2.(a,b)Mn(Ac)2/Co(Ac)2/PAN前驱体纳米纤维的SEM图像,(c,d)MC@CNFs的SEM和(e,f)TEM图像。
图3.MCO-250的(a,b)SEM和(c)TEM图像,MCO-350的(d,e)SEM和(f)TEM图像,以及MCO-450的(g,h)SEM和(i)TEM图像,(f,i)中的插图显示了对应的HRTEM图像。
图4.(a,b)MCO-350(a,c)和MCO-450(b,d)的HAADF STEM图像以及(c,d)相应的EDS图。
图5.(a)MC@CNFs和(b)MCO-250/350/450的XRD图谱。(c)MC@CNFs和MCO-250/350/450的TGA和(d)拉曼结果。
图6.(a)MCO-250产物的XPS全扫描光谱,(b)Co2p,(c)Mn2p,(d)O1s,(e)N1s和(f)C1s。
图7.(a)MCO-250电极的CV和(b)放电-充电曲线。(c)MCO-250/350/450电极的循环性能。(d)MCO-250的倍率性能。
图8.MCO-250的电化学性能:(a)奈奎斯特图和(b)等效电路,(c)CV曲线和(d)log(i)-log(v)图,(e)0.2mV/s下赝电容贡献的分离(黄色区域),以及(f)赝电容贡献比例。