In-situ encapsulation of α-Fe2O3 nanoparticles into ZnFe2O4 micro-sized capsules as high-performance lithium-ion battery anodes

材料科学 阳极 煅烧 化学工程 纳米颗粒 纳米技术 电极 电化学 锂离子电池 电池(电) 复合数 复合材料 化学 催化作用 生物化学 功率(物理) 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Wei Wu,Yongshan Wei,Hongjiang Chen,Keyan Wei,Zhitong Li,Jianhui He,Libo Deng,Lei Yao,Haitao Yang
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:75: 110-117 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2020.10.039
摘要

Abstract Transition metal oxides as anode materials for high-performance lithium-ion batteries suffer from severe capacity decay, originating primarily from particle pulverization upon volume expansion/shrinkage and the intrinsically sluggish electron/ion transport. Herein, in-situ encapsulation of α-Fe2O3 nanoparticles into micro-sized ZnFe2O4 capsules is facilely fulfilled through a co-precipitation process and followed by heat-treatment at optimal calcination temperature. The porous ZnFe2O4 scaffold affords a synergistic confinement effect to suppress the grain growth of α-Fe2O3 nanocrystals during the calcination process and to accommodate the stress generated by volume expansion during the charge/discharge process, leading to an enhanced interfacial conductivity and inhibit electrode pulverization and mechanical failure in the active material. With these merits, the prepared α-Fe2O3/ZnFe2O4 composite delivers prolonged cycling stability and improved rate capability with a higher specific capacity than sole α-Fe2O3 and ZnFe2O4. The discharge capacity is retained at 700 mAh g−1 after 500 cycles at 200 mA g−1 and 940 mAh g−1 after 50 cycles at 100 mA g−1. This work provides a new perspective in designing transition metal oxides for advanced lithium-ion batteries with superior electrochemical properties.
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