| 摘 要： | 基于煤炭开发新型碳纳米材料,用于增强过渡金属氧化物电化学性能,构筑高比容量、高稳定性锂离子电池负极材料具有巨大的应用潜力。以宁夏太西无烟煤为碳质前体,采用高温石墨化-化学氧化策略制备得到煤基氧化石墨烯(CGO),并以多孔泡沫镍为3D支撑骨架和集流体,依次以含铁的DMF/H_2O混合溶液和CGO水溶液为电解液,通过二次原位电沉积技术构建了煤基石墨烯/三氧化二铁(CG/Fe_2O_3)自支撑复合材料。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)等手段对产物的形貌结构和物相组成进行了表征。结果表明,DMF与H_2O的体积比为1∶1时,所制备的Fe_2O_3自支撑材料呈鹿角状结构;CGO的质量浓度为0.1 mg/mL时,所制备的CG/Fe_2O_3-1复合材料呈现分级多孔自支撑结构。将CG/Fe_2O_3-1自支撑复合材料直接作为锂离子电池负极,在1.0 A/g大电流密度下,具有1 156 mA·h/g的高可逆容量,容量保持率达88.9%;当电流密度提升至5.0 A/g时,容量仍可保持在1 074 mA·h/g左右,展现出优异的倍率性能。电荷储存机理分析表明,CG/Fe_2O_3-1复合电极的电容主要源于电池充放电过程中CG产生的双电层电容以及Fe_2O_3氧化还原反应产生的赝电容贡献。这种出色的储锂性能归因于分级自支撑负极的宏观设计,其赋予CG/Fe_2O_3-1更加稳定的空间结构和通畅的Li~+传输通道,能够有效改善Fe_2O_3充放电过程中的体积变化,加速锂化/脱锂动力学。
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