Rationally designed hierarchical porous CNFs/Co3O4 nanofiber-based anode for realizing high lithium ion storage

阳极 多孔性 材料科学 纳米纤维 离子 锂(药物) 化学工程 电极 纳米技术 化学 复合材料 物理化学 有机化学 工程类 医学 内分泌学
作者
He Wang,Yan Song,Yanwei Li,Mengwei Wang,Qianli Ma,Wensheng Yu,Dan Li,Xiangting Dong,Jinxian Wang,Guixia Liu
出处
期刊:RSC Advances [Royal Society of Chemistry]
卷期号:8 (54): 30794-30801 被引量:16
标识
DOI:10.1039/c8ra06307a
摘要

To achieve a high power density of lithium-ion batteries, it is essential to develop anode materials with high capacity and excellent stability. Cobalt oxide (Co3O4) is a prospective anode material on account of its high energy density. However, the poor electrical conductivity and volumetric changes of the active material induce a dramatic decrease in capacity during cycling. Herein, a hierarchical porous hybrid nanofiber of ZIF-derived Co3O4 and continuous carbon nanofibers (CNFs) is rationally constructed and utilized as an anode material for lithium-ion batteries. The PAN/ZIF-67 heterostructure composite nanofibers were first synthesized using electrospinning technology followed by the in situ growth method, and then the CNFs/Co3O4 nanofibers were obtained by subsequent multi-step thermal treatment. The continuous porous conductive carbon backbone not only effectively provides a channel to expedite lithium ion diffusion and electrode transfer, but also accommodates volume change of Co3O4 during the charge-discharge cycling process. The electrode exhibits a high discharge capacity of 1352 mA h g-1 after 500 cycles at a constant current density of 0.2 A g-1. Additionally, the composites deliver a discharge capacity of 661 mA h g-1 with a small capacity decay of 0.078% per cycle at a high current density of 2 A g-1 after 500 cycles. This hierarchical porous structural design presents an effective strategy to develop a hybrid nanofiber for improving lithium ion storage.
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