管狀結構和石墨烯涂層對電紡NiO/Co3O4納米管鋰離子存儲性能的影響

DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b09716

作為鋰離子電池的負極材料，過渡金屬氧化物通常顯示出較高的理論比鋰離子存儲容量，但它們的電導率仍有待提高，并且需要抑制其在鋰化/脫鋰過程中的結構性粉碎，這嚴重影響了其鋰化/脫鋰速率能力以及循環穩定性。在此，設計并組裝了用石墨烯片封裝的NiO/Co₃O₄納米管。結果表明，作為鋰離子電池的負極，所制得的用石墨烯封裝的NiO/Co₃O₄納米管表現出優異的電化學性能，包括大的鋰離子存儲容量（在100 次循環后，在0.1 A g^-1時約為1206 mA h g^-1）、高倍率性能和循環穩定性。電化學動力學分析表明，管狀結構不僅促進了鋰離子的運輸，而且還提供了更多的鋰離子存儲空間。外部封裝的石墨烯片可以改善NiO/Co₃O₄納米管的電導率，并且還提供一定的鋰離子存儲容量。這些結構和組成因素協同作用改善了它們的電化學性能。

圖1.通過靜電紡絲、煅燒和自組裝制備NiCoONTs@rGO的示意圖。

圖2.（a）煅燒前含有金屬鹽的PAN/PVP納米纖維、（b）NiCoONTs、（c）NiCoONTs@GO、和（d）NiCoONTs@rGO的SEM圖像。

 圖3.（a）NiCoONTs和（b，c）NiCoONTs@rGO的TEM圖像。（d）NiCoONTs@rGO的HRTEM圖像。

圖4.（a）NiCoONTs、A-NiCoONTs、NiCoONTs@GO和NiCoONTs@rGO的X射線衍射圖。（b）NiCoONTs、A-NiCoONTs、NiCoONTs@rGO和GO的FTIR光譜。（c）NiCoONTs@rGO的Co 2p，（d）Ni 2p，（e）O 1s和（f）C 1s XPS光譜。

圖5.（a）NiCoONTs@rGO在0.2 A g^-1時的充放電電壓曲線；（b）NiCoONPs、NiCoONFs、NiCoONTs、NiCoONPs@rGO、NiCoONFs@rGO和NiCoONTs@rGO的循環性能（0.1 A g ^-1）和（c）速率能力（0.1-10.0 A g^-1）；（d）NiCoONTs@rGO在0.1 mV s^-1下的CV。（e）NiCoONPs、NiCoONFs和NiCoONTs的EIS。（f）NiCoONPs@rGO、NiCoONFs@rGO和NiCoONTs@rGO的EIS。插圖是等效電路。

圖6.（a）以0.1、0.2、0.3、0.5、0.8和1.0 mV s^-1測得的NiCoONTs@rGO的CV曲線，（b）ln（i）與ln（v）的擬合線性關系，其中斜線的斜率代表b值，（c）在0.5 mV s^-1時，吸附型電容貢獻（陰影部分）對總容量的CV，（d）在不同掃描速率下，轉化型和吸附型對總鋰存儲容量的貢獻百分比。

圖7.NiCoONTs@rGO與其他人報告的有關金屬氧化物作為鋰離子電池陽極的速率性能比較。

圖8.經過100次鋰化/脫鋰循環后，（a）NiCoONTs@rGO和（b）NiCoONTs電極的TEM圖像。