锂离子电池用P-CNFsPEDOTMnO2负极的制备与表征

Energy Rep.： 锂离子电池用P-CNFs/PEDOT/MnO2负极的制备与表征

DOI: 10.1016/j.egyr.2021.10.110

本研究通过静电纺丝、碳化和电沉积等多种途径的创新组合开发了一种新型负极材料，即聚（3,4-乙撑二氧噻吩）/氧化锰涂覆多孔碳纳米纤维（P-CNFs/PEDOT/MnO2）。P-CNFs/PEDOT/MnO2电极的结构和形态表征表明，作为战略点，交联粗糙表面为Li+储存提供了足够的活性位点。P-CNFs表面上的PEDOT纳米粒子和不规则块状MnO2具有随机取向，从而允许可能的电子传导途径、催化活性的增强以及循环过程中体积变化的缓冲。所获得的P-CNFs/PEDOT/MnO2电极显示出优异的电化学性能，其放电容量为1477mAh/g，优于P-CNFs/PEDOT（1191mAh/g）、P-CNFs/MnO2（763mAh/g）和P-CNFs（433mAh/g），电流密度为2mA/g。此外，所制备的P-CNFs/PEDOT/MnO2电极在20次充放电循环后仍具有良好的电化学性能，库仑效率高于90%，与P-CNFs/PEDOT（232.66Ω）和P-CNFs/MnO2（169.17Ω）电极相比，其电荷转移电阻较小（131.91Ω）。综上所述，P-CNFs/PEDOT/MnO2电极有望取代锂离子电池中的商用石墨。

图1.P-CNFs/PEDOT/MnO2杂化复合材料的合成过程示意图。

图2.（a）P-CNFs、（b）P-CNFs/MnO2、（c）P-CNFs/PEDOT和（d）P-CNFs/PEDOT/MnO2电极的FESEM图像。（a）和（b）的插图为P-CNFs复合材料和P-CNFs/PEDOT电极的高倍放大。（e）P-CNFs/PEDOT/MnO2电极的EDX光谱和（f）相应元素映射图像。

图3.（a）P-CNFs、（b）P-CNFs/MnO2、（c）P-CNFs/PEDOT和（d）P-CNFs/PEDOT/MnO2电极的AFM以及地形高度。

图4.（a）P-CNFs、P-CNFs/MnO2、P-CNFs/PEDOT和P-CNFs/PEDOT/MnO2复合材料的N2吸附和解吸等温线曲线。插图：P-CNFs/PEDOT/MnO2复合材料的高倍放大FESEM图像。（b）获得的P-CNFs、P-CNFs/MnO2、P-CNFs/PEDOT和P-CNFs/PEDOT/MnO2复合材料的拉曼光谱。（c）P-CNFs、P-CNFs/MnO2、P-CNFs/PEDOT和P-CNFs/PEDOT/MnO2电极的XRD图谱。

图5.（a）P-CNFs/PEDOT/MnO2复合材料的XPS宽光谱曲线以及（b）C1s、（c）Mn2p、（d）O1s和（e）S2p的高分辨率XPS光谱。

图6.（a）CR2032硬币型半电池组件的示意图。（b）组装的P-CNFs/PEDOT/MnO2/Li半电池在0.1mV/s扫描速率下的CV曲线。（c）所有制备的电极在2.0mA/g电流密度下的第一次恒电流充电/放电，（d）循环性能和（e）库仑效率。（f）充电/放电循环之前和（g）之后，在1.0MHz至0.01Hz下记录的P-CNFs、P-CNFs/MnO2、P-CNFs/PEDOT和P-CNFs/PEDOT/MnO2电极的奈奎斯特图。图（f）的插图表示用于拟合实验数据的等效电路。

扫描电镜作为材料分析上一种常用的仪器，它的主要目的还是观察你做出的材料形貌。因为你说是纳米材料，其实纳米材料不一定只有几个纳米，我印象里几十甚至几百个纳米的都可以叫做纳米材料。你这个图里的微米单位，应该是给你一个量度，好像就跟地图上的比例尺差不多。

你这个图主要还是根据SEM的图来表征下你所做出的纳米材料的特性，比如材料呈球形，尺寸在多少个纳米之间，材料颗粒之间有没有团聚现象之类的。

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