第4章　多孔Fe2O3纳米管的可控制备及锂离子电池负极材料的性能研究

4.1　引言

2000年，Tarascon[1]等报道了纳米尺度的过渡金属氧化物MxOy（M=Fe、Co、Ni、Cu等）可以作为锂离子电池负极材料，并且表现出优异的电化学性能，同时提出了这类材料作为锂离子电池负极的储锂机理与传统的嵌锂机理不同。其反应的储锂机制如下：

在放电过程中，金属锂与过渡金属氧化物MxOy发生氧化还原反应生成尺寸很小的金属单质M和非晶态的Li2O。在充电过程中，生成的金属M和Li2O反应生成MxOy和金属锂[2，3]。理论上，这个氧化还原反应是完全可逆的，因此具有较高的可逆容量，过渡金属氧化物的理论比容量在600～1000mA·h/g之间，远远高于传统的碳基负极材料（372mA·h/g），这有利于未来高容量要求的锂离子电池的开发。而且过渡金属氧化物的放电平台普遍高于石墨，有利于避免电化学反应过程中锂枝晶的形成[4，5]。不仅如此，众所周知很多过渡金属氧化物（如铁、锰氧化物）具有资源丰富、价格低廉和易于制备等优点，因此，对其潜在的应用具有重要的实际意义[6，7]。但是，过渡金属氧化物的实际应用受到了其本征特点的制约[8～11]。过渡金属氧化物在嵌锂/脱锂过程中，会有明显的体积膨胀/收缩的现象，容易造成电极材料的粉化，不利于电极材料的循环，从而导致了低的循环寿命[12～16]。为了改善过渡金属氧化物的电化学性能，目前的研究热点侧重于制备具有特殊形貌的纳米材料[17～24]。这类电极材料可以有效地抑制充放电过程中锂离子嵌入/脱出造成的体积效应，改善电极材料的膨胀和粉化现象，从而提高循环稳定性。

鉴于特殊形貌的过渡金属氧化物纳米材料在提高其电化学性能方面的突出表现，特别是空心结构具有的明显优势，我们利用静电纺丝技术和控制煅烧的温度，制备了多孔过渡金属氧化物（如Fe2O3、Co3O4）纳米管，并研究了其形成机理。将所制备的多孔Fe2O3纳米管用作负极材料组装成模拟电池，研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。