随着科技的发展，新能源的应用在生活逐渐普及，能源的转化和储存显得日益重要。随着电动汽车等的普及，具有较高容量、较快的充放电速率的电池的需求在不断增长。锂离子电池的性能很大程度上由负极所决定。本文利用绿色的化学合成方法制备了一种多层的GO-Fe₃O₄@PDA-PAM复合物作为锂离子电池的负极，并发现其在电流的驱动下产生细小的GO-Fe₃O₄@PDA-PAM片层，然后GO-Fe₃O₄@PDA-PAM片层自组装成形成独特的花状形貌，使得电极具有较高的容量和较快的充放电速率。

Figure 1. Schematic presentation of the sample preparation

本工作中，首先制备了Fe₃O₄@PDA的核壳粒子，并利用PDA和丙烯酰胺（AM）之间的反应制备了多层的GO-Fe₃O₄@PDA-PAM复合物。

Figure 2. SEM images of (a&b) GO-Fe₃O₄@PDA-PAM composites with gold sputtering, (c) GO-Fe₃O₄@PDA-PAM composites without gold sputtering (d, e) TEM images of GO-Fe₃O₄@PDA-PAM composites and (f) Schematic presentation of the GO-Fe₃O₄@PDA-PAM composites.

在多层的GO-Fe₃O₄@PDA-PAM复合物中，由于聚丙烯酰胺（PAM）与PDA 的反应，PAM 充当了连接剂的作用，Fe₃O₄@PDA纳米粒子受限于外层的rGO片层之中。

Figure 3. Scheme of the mechanism of the flower-like morphology in GO-Fe₃O₄@PDA-PAM anode

在电流的驱动下，GO-Fe₃O₄@PDA-PAM复合物在锂化和去锂化的过程中，产生较大的体积变化。这种体积变化的应力在这种多层的复合物中进行传递，使得复合材料内部的片层有分离的趋势，但是这种分离的细小的GO-Fe₃O₄@PDA-PAM片层仍然被PAM连接所约束，由此，这种分离的细小的GO-Fe₃O₄@PDA-PAM片层自组装形成独特的花状形貌。

Figure 4. (a) Cycle performance of Fe₃O₄ anode, GO-Fe₃O₄@PDA anode, Fe₃O₄@PDA-PAM anode and GO-Fe₃O₄@PDA-PAM anode at 100 mA g^-1; (b) The rate performance of the Fe₃O₄ anode, Fe₃O₄@PDA anode, GO-Fe₃O₄@PDA anode, Fe₃O₄@PDA-PAM anode, GO-Fe₃O₄@PDA-PAM anode at different current density; (c) Cycling  performance of the GO-Fe₃O₄@PDA-PAM, GO-Fe₃O₄@PDA, Fe₃O₄@PDA-PAM, Fe₃O₄@PDA, Fe₃O₄ anodes at 300 mA g^–1, (d) Charge-discharge curves of the GO-Fe₃O₄@PDA-PAM anode cycled at 300 mA g^–1 and (e) Cycle performance and CE of the GO-Fe₃O₄@PDA-PAM at 300 mA g^-1(1C=1000 mA g^–1)

在GO-Fe₃O₄@PDA-PAM复合物中，Fe₃O₄@PDA纳米粒子受限于外层的rGO片层之中，起到了较好的体积缓冲的作用。除此之外，PDA层和rGO片层能够较好的避免四氧化三铁纳米粒子和电解液的直接接触，抑制了SEI膜的生成。因此，GO-Fe₃O₄@PDA-PAM电极表现出了较高的容量。除此之外，GO-Fe₃O₄@PDA-PAM电极独特的花状形貌能够有效的促进锂离子的传输，进而使得GO-Fe₃O₄@PDA-PAM电极表现出了较快的充放电速率。因此，GO-Fe₃O₄@PDA-PAM电极在0.3A g^-1的电流密度下循环100圈后表现出了1204 mAh g^-1的容量。

Zhi-Chao Xiao, Yan Li, Cheng-Lu Liang, Rui-Ying Bao, Ming-Bo Yang, Wei Yang*, Driven by electricity: Multilayered GO-Fe₃O₄@PDA-PAM flake assembled micro flower-like anode for high-performance lithium ion batteries. Applied surface science, Accepted. 录用时间：2019.09.10.

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433219327503