碳包覆氧化鎢納米線之電極擴展

傳統鋰離子電池負極材料石墨雖然迴圈穩定性好以及性價比較高，但是由於其充放電比容量較低，體積比容量更是沒有優勢，難以滿足動力系統特別是電動車及混合電動車對電池高容量化的要求。因此開發具有高比容量、高充放電效率、長迴圈壽命的新型鋰離子電池負極材料極具迫切性。

在新型非碳負極材料的研究中，矽、錫、鍺等單質材料，金屬氧化物以及複合金屬氧化物材料因具有較高的理論嵌鋰容量而越來越受矚目，但是這些高容量的負極材料大多電導率較低，且在高程度脫嵌鋰條件下，存在嚴重的體積效應，造成電極的迴圈穩定性較差。

針對這些高容量的負極材料的體積效率，有研究表明一維氧化鎢納米線網易於沿著活性納米顆粒的表面生長，從而把活性納米顆粒禁錮在中間。由於一維納米線材料較好的機械性能，勢必會對納米材料的體積效應進行抑制，從而一定程度上改善了活性材料的電化學性能。

為了進一步提高負極材料的性能，除了對活性物質進行W₁₈O₄₉納米線包覆處理外， 在複合材料外增加一層碳層結構也是非常有必要的。因為這層碳結構的存在不僅能進一步 維持電極結構的完整與穩定性從而減少電極的形變，可以作為集流體，形成空間導電網路改善電子傳導，從而能進一步改善複合電極的倍率性能，這種碳包覆氧化鎢納米線操作的實驗過程包括以下步驟：

一、取聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量25000)3g，分散於100mL無水乙醇中，超聲分散均勻。取1g鐵酸鋅(約50nm)分散於其中，超聲攪拌10min直至均勻分散，過濾，在70℃真空乾燥2h。研磨後製備得到PVP改性鐵酸鋅；

二、取上述0.2g改性過的鐵酸鋅納米顆粒重新分散於30mL無水乙醇中，超聲分散1h， 使之均勻分散，加入一定量WCl6，超聲分散1h，繼續攪拌6h，將之轉移至50mL水熱反應釜中， 在180℃反應48h。反應結束後，離心，乙醇洗3遍，真空乾燥，其中氧化鎢納米線和SnO₂的品質比約為1：4。

三、取0.2mL的吡咯單體分散於另40mL的去離子水中，在冰水中超聲分散均勻。將上述的混合物水溶液加入上述分散液中，在冰浴條件下磁力攪拌1小時。然後用濃鹽酸調節溶液的pH值為3，繼續攪拌20min。配製10mL含(NH₄)2S₂O₈  0.9g的水溶液，將之加入上述的溶液中。 保持冰浴條件，反應24小時。將混合物抽濾，用去離子水洗滌3次，乾燥，研磨，在Ar氣下500 度5小時燒結製備得到氧化鎢納米線纏繞鐵酸鋅複合負極材料。其中包覆碳層和活性物質鐵酸鋅的品質比約為1：4。

將燒結後的材料作為鋰離子電極負極材料充分研磨後，與炭黑及羧甲基纖維素按照重量份數60∶20∶20的比例，混合均勻，塗膜後60℃真空乾燥4h，製備得到複合電極。將該複合電極置於2025電池殼內，以鋰片為對電極，以聚乙烯膜為隔膜，在400mA•g^-1的充放電電流密度下進行恒電流充放電測試，迴圈性能相對于未被包覆的ZnFe₂O₄材料的電極，複合後的電極同樣表現出較大的性能改善，100個迴圈後放電容量從73mAh•g^-1改善至572mAh•g^-1。

性能的提升主要源于活性納米顆粒被氧化鎢納米線均勻的纏繞包覆使得材料在充放電過程中極大的體積膨脹得到有效的抑制，並且所組成的空間網路結構使得鋰離子電池負極材料的電子傳導得以提高，從而極大的改善了材料的迴圈性能。

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