中國粉體網(wǎng)訊 近期，中科院合肥研究院固體所功能材料物理與器件研究部趙邦傳研究員課題組在新型鋰離子電池負極材料研究方面取得進展，獲得了一種結(jié)構(gòu)簡單、極具應(yīng)用價值的新型三元金屬氮化物鋰離子電池負極材料。相關(guān)研究結(jié)果以“NiCo2N hollow sphere with interconnected nanosheets shell: a potential anode material for high performance lithium-ion batteries”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 425, 130607(2021)) 期刊上。
隨著鋰離子電池在便攜式電子設(shè)備、電動汽車及智能電網(wǎng)中的應(yīng)用日益廣泛，人們對其能量密度和使用安全性提出了更高的要求。目前商用鋰離子電池中廣泛使用的負極材料是石墨。但石墨的比容量只有372 mAh g-1，無法滿足鋰離子電池日益增長的能量密度要求，且石墨的使用還存在潛在的安全問題。因此，探索安全性能好、能量密度高的新型鋰離子電池電極材料是當前該領(lǐng)域的研究重點。
三元過渡金屬氮化物大多具有很高的離子電導(dǎo)率和電子導(dǎo)電性、低的氧化還原電位，及較安全的工作電壓，是一種理想的鋰離子電池負極材料。然而，該類材料在電池循環(huán)過程中卻存在體積膨脹過大的問題，嚴重影響了鋰離子電池的循環(huán)壽命。針對這一問題，科研人員通常采用將氮化物材料與高穩(wěn)定性材料復(fù)合，或?qū)⑵涑练e在導(dǎo)電基底材料上以緩解其體積膨脹，但這也會不可避免地降低材料的能量密度，增加材料的制備成本。
該工作中，研究人員通過溶劑熱結(jié)合氨氣退火處理的簡單方法，制備了一種由相互交聯(lián)納米片組裝而成的中空納米球結(jié)構(gòu)NiCo2N材料。該材料在作為鋰離子電池負極材料時，其相互交聯(lián)的納米片可為電化學(xué)反應(yīng)提供大量的活性位點，使活性物質(zhì)與電解質(zhì)間具有較大的接觸面積。此外，中空結(jié)構(gòu)縮短了鋰離子和電子在材料中的擴散距離，有效緩解了材料在循環(huán)過程中的體積膨脹問題。受益于此，材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1 A g-1的電流密度下循環(huán)400圈其比容量仍保持1244.5 mAh g-1的高值，在5 A g-1的大電流密度下也有529.4 mAh g-1的比容量。該項工作可為高性能中空結(jié)構(gòu)鋰離子電池電極材料的設(shè)計與制備提供借鑒和參考。
上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學(xué)基金委大科學(xué)裝置聯(lián)合基金項目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130607。
圖1. (a) NiCo2N材料的合成示意圖；(b) Ni-Co前驅(qū)體的SEM圖像；NiCo2N材料的(c-d) SEM，（e）TEM，（f）HRTEM，（g） SAED圖像，(h-j)Co、Ni、N元素的EDX圖。
圖2. NiCo2N電極的電化學(xué)測試結(jié)果：（a）在0.1 mV s-1掃速下的CV圖，（b）0.1 A g-1電流密度下的充放電曲線，（c）NiCo2O4和 NiCo2N電極在不同電流密度下的倍率性能圖，（d）NiCo2O4和 NiCo2N電極在1A g-1電流密度下的循環(huán)性能及其與其它Ni基和Co基氮化物材料的性能對比，（e）NiCo2O4和 NiCo2N電極的EIS圖。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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