碳包覆氧化钨纳米线之电极扩展

传统锂离子电池负极材料石墨虽然循环稳定性好以及性价比较高，但是由于其充放电比容量较低，体积比容量更是没有优势，难以满足动力系统特别是电动车及混合电动车对电池高容量化的要求。因此开发具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料极具迫切性。

在新型非碳负极材料的研究中，硅、锡、锗等单质材料，金属氧化物以及复合金属氧化物材料因具有较高的理论嵌锂容量而越来越受瞩目，但是这些高容量的负极材料大多电导率较低，且在高程度脱嵌锂条件下，存在严重的体积效应，造成电极的循环稳定性较差。

针对这些高容量的负极材料的体积效率，有研究表明一维氧化钨纳米线网易于沿着活性纳米颗粒的表面生长，从而把活性纳米颗粒禁锢在中间。由于一维纳米线材料较好的机械性能，势必会对纳米材料的体积效应进行抑制，从而一定程度上改善了活性材料的电化学性能。

为了进一步提高负极材料的性能，除了对活性物质进行W₁₈O₄₉纳米线包覆处理外， 在复合材料外增加一层碳层结构也是非常有必要的。因为这层碳结构的存在不仅能进一步 维持电极结构的完整与稳定性从而减少电极的形变，可以作为集流体，形成空间导电网络改善电子传导，从而能进一步改善复合电极的倍率性能，这种碳包覆氧化钨纳米线操作的实验过程包括以下步骤：

一、取聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量25000)3g，分散于100mL无水乙醇中，超声分散均匀。取1g铁酸锌(约50nm)分散于其中，超声搅拌10min直至均匀分散，过滤，在70℃真空干燥2h。研磨后制备得到PVP改性铁酸锌；

二、取上述0.2g改性过的铁酸锌纳米颗粒重新分散于30mL无水乙醇中，超声分散1h， 使之均匀分散，加入一定量WCl6，超声分散1h，继续搅拌6h，将之转移至50mL水热反应釜中， 在180℃反应48h。反应结束后，离心，乙醇洗3遍，真空干燥，其中氧化钨纳米线和SnO₂的质量比约为1：4。

三、取0.2mL的吡咯单体分散于另40mL的去离子水中，在冰水中超声分散均匀。将上述的混合物水溶液加入上述分散液中，在冰浴条件下磁力搅拌1小时。然后用浓盐酸调节溶液的pH值为3，继续搅拌20min。配制10mL含(NH₄)2S₂O₈  0.9g的水溶液，将之加入上述的溶液中。 保持冰浴条件，反应24小时。将混合物抽滤，用去离子水洗涤3次，干燥，研磨，在Ar气下500 度5小时烧结制备得到氧化钨纳米线缠绕铁酸锌复合负极材料。其中包覆碳层和活性物质铁酸锌的质量比约为1：4。

将烧结后的材料作为锂离子电极负极材料充分研磨后，与炭黑及羧甲基纤维素按照重量份数60∶20∶20的比例，混合均匀，涂膜后60℃真空干燥4h，制备得到复合电极。将该复合电极置于2025电池壳内，以锂片为对电极，以聚乙烯膜为隔膜，在400mA•g^-1的充放电电流密度下进行恒电流充放电测试，循环性能相对于未被包覆的ZnFe₂O₄材料的电极，复合后的电极同样表现出较大的性能改善，100个循环后放电容量从73mAh•g^-1改善至572mAh•g^-1。

性能的提升主要源于活性纳米颗粒被氧化钨纳米线均匀的缠绕包覆使得材料在充放电过程中极大的体积膨胀得到有效的抑制，并且所组成的空间网络结构使得锂离子电池负极材料的电子传导得以提高，从而极大的改善了材料的循环性能。

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