摘要：铁氧化物因其独特的优点，如环境可持续性、成本低和卓越的电化学性能，引起了广泛关注。通过静电纺丝技术与高温退火工艺制备的铁氧化物纤维膜，在锂离子电池负极材料（无粘结剂）领域展现出了巨大的应用潜力。当前，尽管前驱体溶液成分与退火温度对铁氧化物纤维膜性能的影响已取得

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青岛大学王乙潜教授：退火气氛对氧化铁基电纺纤维膜相组成和电化学性能的影响

铁氧化物因其独特的优点，如环境可持续性、成本低和卓越的电化学性能，引起了广泛关注。通过静电纺丝技术与高温退火工艺制备的铁氧化物纤维膜，在锂离子电池负极材料（无粘结剂）领域展现出了巨大的应用潜力。当前，尽管前驱体溶液成分与退火温度对铁氧化物纤维膜性能的影响已取得一定的研究进展，但退火气氛这一关键因素对其相组成及电化学性能的影响尚未见报道。鉴于此，本研究采用静电纺丝法成功制备了铁氧化物纤维膜，并深入探究了不同退火气氛对氧化铁基电纺纤维膜相组成和电化学性能的影响。

近日，青岛大学王乙潜教授团队在《Journal of Energy Storage》期刊上，发表了最新研究成果“Effect of annealing atmosphere on the phase composition and electrochemical properties of iron-oxide-based electrospun nanofibers”。研究团队通过静电纺丝结合退火工艺（具体流程如图1所示），成功制备出自支撑、轻质、柔性的铁氧化物基纳米纤维膜，并研究了退火气氛对产物形貌、结构及电化学性能的影响。

图2：FO-P 600和F-P 600的SEM图像。

在600 °C下氩气中退火，得到碳纤维负载Fe3O4纳米颗粒 (F-P 600)；在相同温度下空气中退火，可得到由Fe2O3纳米颗粒组成的纤维 (FO-P 600)。由图2可知，FO-P 600是由纳米颗粒组成的纤维，平均直径约为150 nm；F-P 600是碳纤维负载纳米颗粒，尺寸均一，表面较为光滑，无孔洞，平均直径约为190 nm。F-P 600展现出更好的循环稳定性，这是由于F-P 600电极中的碳可以缓解Fe3O4纳米颗粒在循环过程中的体积膨胀，从而提高电极的循环稳定性和电化学性能。

图3：(a) F-P 600和 (b) FO-P 600的CV曲线，(c) F-P 600和FO-P 600在0.2 A g-1下的循环曲线，(d) F-P 600和FO-P 600在不同电流密度下的倍率性能。

图4：(a) F-P 600和FO-P 600电极的EIS谱图，插图为等效电路图，(b) F-P 600和FO-P 600电极Zre与ω-0.5的拟合图，插表为直线拟合后的斜率。

从F-P 600和FO-P 600的CV曲线可知，不同退火气氛下所得产物的储锂机制不同：F-P 600电极储锂主要通过转化反应；FO-P 600电极储锂除了转化反应，还可通过赝电容过程。在FO-P 600中存在大量孔洞，可为锂嵌入提供大量通道。此外，对F-P 600和FO-P 600进行了循环和倍率性能测试，F-P 600电极在0.2 A g-1的电流密度下循环100圈后的比容量仍然保持在709.0 mAh g-1，远高于FO-P 600电极（187.2 mAh g-1）。值得注意的是，F-P 600在大电流下具有更加优异的倍率性能。

F-P 600和FO-P 600电极的Rct值分别为312.0 Ω和395.0 Ω，F-P 600和FO-P 600电极的Rs值分别为6.6 Ω和3.8 Ω （Rct和Rs分别为电解质阻抗和电荷转移阻抗）。F-P 600和FO-P 600电极的锂离子扩散系数分别为5.8×10-18和9.5×10-18 cm2 s-1。由此可知，FO-P 600电极的电荷转移阻抗较大，F-P 600电极的导电性高于FO-P 600电极。

作为锂离子电池负极材料，相比于FO-P 600，F-P 600电极展现出更为优异的循环稳定性和倍率性能。这一优异表现主要归因于以下两个方面：在FO-P 600电极中，Fe2O3纳米颗粒在充放电过程中会发生严重的体积膨胀现象，进而导致电极材料出现粉末化和团聚问题，对电极性能产生了不利的影响。而在F-P 600电极中，碳材料的引入有效缓解了Fe3O4纳米颗粒在充放电过程中的体积膨胀，从而显著提升了电极的电化学性能。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.est.2025.116851

人物简介：

王乙潜，理学博士，青岛大学二级教授、博士生导师，山东省“泰山学者”海外特聘专家，山东省杰出青年基金获得者。现任山东省第十四届人大代表。主要从事太阳能电池及锂离子电池电极材料的微观结构及其物理化学性能的研究。已在国际学术刊物上发表SCI收录论文180余篇，至今被SCI论文引用5000余次；授权国家发明专利9项；主持完成科技部973课题、国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学杰出青年基金项目等省部级以上课题19项；以首位的研究成果先后获教育部自然科学二等奖、山东省自然科学二等奖、山东省留学人员回国创业奖、山东省海外专业人士创新创业杰出成就奖等；作为科研平台负责人，获批青岛纳米半导体光电材料国际科技合作研究中心、光电材料物理与器件实验室（山东省“十三五”高校重点实验室）。

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来源：老赵的科学讲堂