AlN-Fe纳米复合薄膜:一种新型锂离子电池负极材料

doi:10.3866/PKU.WHXB201706162

物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (12): 2517-2522.doi: 10.3866/PKU.WHXB201706162

AlN-Fe纳米复合薄膜:一种新型锂离子电池负极材料

牛晓叶,杜小琴,王钦超,吴晓京,张昕,周永宁*()

复旦大学材料科学系,上海200433

收稿日期:2017-05-15 发布日期:2017-09-05
通讯作者: 周永宁 E-mail:ynzhou@fudan.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(51502039)

AlN-Fe Nanocomposite Thin Film:A New Anode Material for Lithium-Ion Batteries

Xiao-Ye NIU,Xiao-Qin DU,Qin-Chao WANG,Xiao-Jing WU,Xin ZHANG,Yong-Ning ZHOU*()

Department of Materials Science, Fudan University, Shanghai 200433, P. R. China

Received:2017-05-15 Published:2017-09-05
Contact: Yong-Ning ZHOU E-mail:ynzhou@fudan.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51502039)

摘要/Abstract

摘要：

采用脉冲激光沉积技术（PLD）制备了不同比例的AlN-Fe纳米复合薄膜（AlN和Fe摩尔比为3:1；2:1；1:1；1:2），首次研究了其作为锂离子电池负极材料的电化学行为。发现当AlN和Fe的比例为2:1时，复合薄膜具有最佳的电化学性能。在500 mA·g^-1电流密度下，AlN-Fe（2:1）经过100次循环充放电后容量仍能保持510 mAh·g^-1。对其电化学反应机理研究发现，在放电过程中，AlN-Fe纳米复合薄膜中的AlN发生分解，AlN-Fe生成LiAl合金和Li₃N。纳米Fe颗粒的引入有效提高AlN的电化学活性；在充电过程中，部分Li₃N与Fe纳米颗粒反应生成了Fe₃N，其余部分Li₃N重新生成AlN。随后的充放电过程由Fe₃N、AlN和Al三者与Li的可逆反应共同参与，保证了AlN-Fe纳米复合薄膜优异的电化学性能。该研究为设计开发新型锂离子电池电极材料提供了一种新的思路。

关键词: 锂离子电池, 负极材料, 氮化铝, 薄膜, 脉冲激光沉积

Abstract:

AlN-Fe nanocomposite thin films with different AlN-Fe ratio were prepared by pulsed laser deposition (PLD).They were investigated as new anode materials for lithium ion batteries for the first time.The AlN-Fe nanocomposite films with an AlN/Fe ratio of 2:1 show the best electrochemical performance.They exhibit a specific capacity of 510 mA·g^-1 after 100 cycles at a rate of 500 mA·g^-1.Further, the study of the electrochemical reaction mechanism of the AlN-Fe nanocomposite thin films with lithium reveals that AlN decomposes during the discharge process to form the LiAl alloy and Li₃N.During recharge, a part of Li₃N reacts with Fe to form Fe₃N, and the rest reacts with Al to form AlN.In subsequent cycles, all of Fe₃N, AlN, and Al react with Li reversibly, contributing to the reversible charge-discharge processes and to the superior electrochemical performance of AlN-Fe nanocomposite thin films.Thus, this study provides a new perspective to design advanced electrode materials for lithium-ion batteries.

Key words: Lithium-ion battery, Anode material, Aluminium nitride, Thin film, Pulsed laser Deposition

牛晓叶,杜小琴,王钦超,吴晓京,张昕,周永宁. AlN-Fe纳米复合薄膜:一种新型锂离子电池负极材料[J]. 物理化学学报, 2017, 33(12), 2517-2522. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706162

Xiao-Ye NIU,Xiao-Qin DU,Qin-Chao WANG,Xiao-Jing WU,Xin ZHANG,Yong-Ning ZHOU. AlN-Fe Nanocomposite Thin Film:A New Anode Material for Lithium-Ion Batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33(12), 2517-2522. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706162

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201706162

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I12/2517

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