DOI: 10.1016/j.jelechem.2022.117098

本研究采用简便的两步法首次成功合成了具有3D夹层结构的新型碳涂层Fe2O3/螺旋碳纳米纤维（C@Fe2O3/HCNFs）复合材料，用作锂离子电池（LIBs）负极材料。在C@Fe2O3/HCNFs复合材料表面上均匀涂覆厚度约为3-5nm的碳层，粒径约为5-20nm的Fe2O3纳米颗粒分布在碳层和HCNFs基体之间。该C@Fe2O3/HCNFs负极表现出优异的长期循环寿命和稳定性，在200mA/g下进行100次循环后，放电性能达到1298.6mAh/g，比Fe2O3/HCNFs负极高59%。C@Fe2O3/HCNFs复合材料的电化学性能和稳定结构得以增强，这是由于充放电过程中碳涂层、HCNFs和Fe2O3纳米颗粒之间的相互作用。总体而言，本研究制备的C@Fe2O3/HCNFs可作为一种新型锂离子电池负极材料。

图1.C@Fe2O3/HCNFs复合材料的合成过程示意图。

图2.纯HCNFs（a）、Fe2O3/HCNFs（b）、C@Fe2O3/HCNFs-1（c），C@Fe2O3/HCNFs-2（d）和C@Fe2O3/HCNFs-3（e）的SEM图像；纯HCNFs（f）和C@Fe2O3/HCNFs-2（g,h）的TEM图像。C@Fe2O3/HCNFs-2的HRTEM图像（i）。

图3.（a）HCNFs、Fe2O3/HCNFs、C@Fe2O3/HCNFs-1、C@Fe2O3/HCNFs-2和C@Fe2O3/HCNFs-3的XRD图谱。（b）具有不同碳涂层量的C@Fe2O3/HCNFs复合材料的TG曲线。

图4.纯HCNFs、Fe2O3/HCNFs和C@Fe2O3/HCNFs-2的拉曼光谱：（a）全谱；（b）部分放大光谱。

图5.（a）C@Fe2O3/HCNFs-2负极材料的CV曲线和（b）循环充放电曲线。

图6.（a）Fe2O3/HCNFs、C@Fe2O3/HCNFs-1、C@Fe2O3/HCNFs-2和C@Fe2O3/HCNFs-3的循环性能和（b）倍率性能曲线。

图7.C@Fe2O3/HCNFs-2电极材料在电流密度为200mA/g时的长期循环性能图。

图8.具有不同碳涂层量的C@Fe2O3/HCNFs复合材料的奈奎斯特图。

图9.C@Fe2O3/HCNFs复合材料增强电极中碳层、Fe2O3纳米颗粒和自支撑HCNFs之间的相互作用示意图。