金属锂具有高理论比容量和低氧化还原电位,被认为是高能量密度二次电池最理想的负极材料之一,但其在循环过程中的枝晶生长和体积变化易造成电池失效和安全隐患.以孔径为 5 μm 左右的自制三维多孔铜为基底,在其表面电沉积锌层(3D Cu@Zn)...金属锂具有高理论比容量和低氧化还原电位,被认为是高能量密度二次电池最理想的负极材料之一,但其在循环过程中的枝晶生长和体积变化易造成电池失效和安全隐患.以孔径为 5 μm 左右的自制三维多孔铜为基底,在其表面电沉积锌层(3D Cu@Zn),作为金属锂沉积的集流体,构筑无枝晶锂金属电极.三维多孔铜的孔结构稳定,孔径大小适宜,可有效降低局部电流密度和缓解体积变化.锌镀层可降低锂金属的形核过电位,诱导锂的均匀沉积,有效抑制锂枝晶生长.以 3D Cu@Zn 为集流体,锂沉积面积容量为 4 m Ah·cm^(-2),电极表面仍无枝晶出现,经过锂剥离后表面仍然光滑;而铜箔上沉积的锂显示明显的枝晶和不均匀性,3D Cu 上沉积的锂显示局部不均匀性和一定量枝晶.在电流密度为 0.5 和 1m A·cm^(-2),面积容量为 1 m Ah·cm^(-2)条件下,Li||3D Cu@Zn 半电池获得了稳定的库伦效率;在 2 m A·cm^(-2)的高电流密度和 1 m Ah·cm^(-2)的面积容量条件下,Li||3D Cu@Zn@Li 对称电池可稳定循环 700 h 以上;以 3D Cu@Zn@Li 为负极,Li Fe PO_(4)为正极的全电池,在 1 C 倍率下,经过 150 次循环后仍保持 88 m Ah·g^(-1)的容量,均明显优于 Cu 片和 3D Cu 作为集流体的锂金属电极.展开更多
锰基氧化物作为锌离子电池正极具有高比容量和低成本等优点,但在电化学循环过程中不可逆相变、锰的溶解和电极/电解质界面不稳定导致其在小电流密度、深度放电条件下的循环性能差.针对以上问题,合成了三维(3D)多孔MnOx立方盒子,并在其...锰基氧化物作为锌离子电池正极具有高比容量和低成本等优点,但在电化学循环过程中不可逆相变、锰的溶解和电极/电解质界面不稳定导致其在小电流密度、深度放电条件下的循环性能差.针对以上问题,合成了三维(3D)多孔MnOx立方盒子,并在其表面包覆In_(2)O_(3)层,获得3D多孔MnO_(x)@In_(2)O_(3)立方盒子.结果显示,MnO_(x)@In_(2)O_(3)立方盒子具有大量孔径约10 nm左右的孔,有利于H^(+)和Zn^(2+)的快速传输;In2O3包覆层均匀包覆于3D多孔MnO_(x)立方盒子的孔壁上,有利于抑制MnO_(x)在电化学循环过程中的不可逆相变和锰的溶解,稳定电极/电解质界面.电化学测试结果表明,该3D多孔MnO_(x)@In_(2)O_(3)电极在0.3 A/g的小电流密度、深度放电条件下能稳定循环400次以上,容量保持260 m A·h/g;在1.8 A/g电流密度下可稳定循环4000次以上,容量保持81m A·h/g;即使在高电流密度6.0 A/g下仍保持73.4 m A·h/g的高可逆容量.恒电流间隙滴定(GITT)和循环伏安测试结果表明,3D多孔MnO_(x)@In_(2)O_(3)电极比3D多孔MnO_(x)具有更高的离子扩散速率,有利于提升其高倍率容量.电化学阻抗谱结果表明,3D多孔MnO_(x)@In_(2)O_(3)电极具有比3D多孔MnO_(x)更稳定的电极/电解质界面,有利于提升其循环寿命.2000次循环后的扫描电子显微镜(SEM)结果表明,MnO_(x)@In_(2)O_(3)电极表面仍分布少量In_(2)O_(3),以确保电极/电解质界面和循环的稳定性.展开更多
以聚苯乙烯(PS)胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe_(2)SiO_4/SiO_(2)@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe_(2)SiO_4纳米晶体从含铁元素的SiO_(2)...以聚苯乙烯(PS)胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe_(2)SiO_4/SiO_(2)@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe_(2)SiO_4纳米晶体从含铁元素的SiO_(2)基玻璃中结晶析出,形成由Fe_(2)SiO_4纳米晶体、铁离子(Fe3+)修饰的玻璃态SiO_(2)和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 m A·g^(-1)电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 m Ah·g^(-1)以上,电流密度增加到250 m A·g^(-1)时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 m Ah·g^(-1),而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO_(2)@C材料的放电比容量在50 m A·g^(-1)电流密度时仅为15 m Ah·g^(-1)。这些结果表明,Fe_(2)SiO_4纳米晶体及Fe^(3+)有助于SiO_(2)基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。展开更多
文摘金属锂具有高理论比容量和低氧化还原电位,被认为是高能量密度二次电池最理想的负极材料之一,但其在循环过程中的枝晶生长和体积变化易造成电池失效和安全隐患.以孔径为 5 μm 左右的自制三维多孔铜为基底,在其表面电沉积锌层(3D Cu@Zn),作为金属锂沉积的集流体,构筑无枝晶锂金属电极.三维多孔铜的孔结构稳定,孔径大小适宜,可有效降低局部电流密度和缓解体积变化.锌镀层可降低锂金属的形核过电位,诱导锂的均匀沉积,有效抑制锂枝晶生长.以 3D Cu@Zn 为集流体,锂沉积面积容量为 4 m Ah·cm^(-2),电极表面仍无枝晶出现,经过锂剥离后表面仍然光滑;而铜箔上沉积的锂显示明显的枝晶和不均匀性,3D Cu 上沉积的锂显示局部不均匀性和一定量枝晶.在电流密度为 0.5 和 1m A·cm^(-2),面积容量为 1 m Ah·cm^(-2)条件下,Li||3D Cu@Zn 半电池获得了稳定的库伦效率;在 2 m A·cm^(-2)的高电流密度和 1 m Ah·cm^(-2)的面积容量条件下,Li||3D Cu@Zn@Li 对称电池可稳定循环 700 h 以上;以 3D Cu@Zn@Li 为负极,Li Fe PO_(4)为正极的全电池,在 1 C 倍率下,经过 150 次循环后仍保持 88 m Ah·g^(-1)的容量,均明显优于 Cu 片和 3D Cu 作为集流体的锂金属电极.
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(Grants No.21103013,21473014)the Natural Science Foundation of Shanxi Province(Grant No.2016JM5082)Student′s Platform for Innovation and Entrepreneurship Training Program(Grants No.201810710113,201910710469)
文摘锰基氧化物作为锌离子电池正极具有高比容量和低成本等优点,但在电化学循环过程中不可逆相变、锰的溶解和电极/电解质界面不稳定导致其在小电流密度、深度放电条件下的循环性能差.针对以上问题,合成了三维(3D)多孔MnOx立方盒子,并在其表面包覆In_(2)O_(3)层,获得3D多孔MnO_(x)@In_(2)O_(3)立方盒子.结果显示,MnO_(x)@In_(2)O_(3)立方盒子具有大量孔径约10 nm左右的孔,有利于H^(+)和Zn^(2+)的快速传输;In2O3包覆层均匀包覆于3D多孔MnO_(x)立方盒子的孔壁上,有利于抑制MnO_(x)在电化学循环过程中的不可逆相变和锰的溶解,稳定电极/电解质界面.电化学测试结果表明,该3D多孔MnO_(x)@In_(2)O_(3)电极在0.3 A/g的小电流密度、深度放电条件下能稳定循环400次以上,容量保持260 m A·h/g;在1.8 A/g电流密度下可稳定循环4000次以上,容量保持81m A·h/g;即使在高电流密度6.0 A/g下仍保持73.4 m A·h/g的高可逆容量.恒电流间隙滴定(GITT)和循环伏安测试结果表明,3D多孔MnO_(x)@In_(2)O_(3)电极比3D多孔MnO_(x)具有更高的离子扩散速率,有利于提升其高倍率容量.电化学阻抗谱结果表明,3D多孔MnO_(x)@In_(2)O_(3)电极具有比3D多孔MnO_(x)更稳定的电极/电解质界面,有利于提升其循环寿命.2000次循环后的扫描电子显微镜(SEM)结果表明,MnO_(x)@In_(2)O_(3)电极表面仍分布少量In_(2)O_(3),以确保电极/电解质界面和循环的稳定性.
文摘以聚苯乙烯(PS)胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe_(2)SiO_4/SiO_(2)@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe_(2)SiO_4纳米晶体从含铁元素的SiO_(2)基玻璃中结晶析出,形成由Fe_(2)SiO_4纳米晶体、铁离子(Fe3+)修饰的玻璃态SiO_(2)和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 m A·g^(-1)电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 m Ah·g^(-1)以上,电流密度增加到250 m A·g^(-1)时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 m Ah·g^(-1),而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO_(2)@C材料的放电比容量在50 m A·g^(-1)电流密度时仅为15 m Ah·g^(-1)。这些结果表明,Fe_(2)SiO_4纳米晶体及Fe^(3+)有助于SiO_(2)基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。
