物理化学学报 >> 2022, Vol. 38 >> Issue (6): 2106002.doi: 10.3866/PKU.WHXB202106002
所属专题: 面向电化学储能与转化的表界面工程
杨越1,2, 朱加伟1, 王鹏彦1, 刘海咪1, 曾炜豪1, 陈磊1, 陈志祥1, 木士春1,2,*()
收稿日期:
2021-06-02
录用日期:
2021-08-09
发布日期:
2021-08-19
通讯作者:
木士春
E-mail:msc@whut.edu.cn
基金资助:
Yue Yang1,2, Jiawei Zhu1, Pengyan Wang1, Haimi Liu1, Weihao Zeng1, Lei Chen1, Zhixiang Chen1, Shichun Mu1,2,*()
Received:
2021-06-02
Accepted:
2021-08-09
Published:
2021-08-19
Contact:
Shichun Mu
E-mail:msc@whut.edu.cn
About author:
Shichun Mu, Email: msc@whut.edu.cnSupported by:
摘要:
由于具有高安全性和优异的循环稳定性,二氧化钛(TiO2)作为负极材料被广泛地应用于锂离子电池领域。但是较差的导电性和离子传输速率限制了TiO2的进一步应用和发展。鉴于此,我们以花状NH2-MIL-125 (Ti)为前驱体和硬模板,成功合成出了具有花状结构的超细纳米TiO2/多孔氮掺杂碳片(N-doped porous carbon)复合物(记为FL-TiO2/NPC)。过程中所制备的纳米TiO2-金属有机构架(Ti-MOF)展现出由二维褶皱多孔纳米片堆积、组装而成的花状结构。一方面,二维褶皱纳米片包含TiO2纳米颗粒可以增大活性物质与电解液的接触面积;另一方面,氮掺杂多孔碳基体可以提高整体复合物的导电性和结构完整性。将所获得的FL-TiO2/NPC作为负极组装成的锂半电池, 在0.5 A·g-1、300圈后仍有384.2 mAh·g-1以及在1 A·g-1、500圈仍有279.1 mAh·g-1的比容量。进一步性能测试表明,在2 A·g-1、2000圈长循环测试后,其仍能保持256.5 mAh·g-1的比容量和接近100%的库伦效率。该优异的电化学活性和稳定性主要起源于材料独特的花状结构。我们的合成策略为今后制备高储锂性能的金属氧化物/多孔氮掺杂碳负极提供了一种新的思路。
杨越, 朱加伟, 王鹏彦, 刘海咪, 曾炜豪, 陈磊, 陈志祥, 木士春. 镶嵌于NH2-MIL-125 (Ti)衍生氮掺多孔碳中的花状超细纳米TiO2作为高活性和稳定性的锂离子电池负极材料[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6), 2106002. doi: 10.3866/PKU.WHXB202106002
Yue Yang, Jiawei Zhu, Pengyan Wang, Haimi Liu, Weihao Zeng, Lei Chen, Zhixiang Chen, Shichun Mu. NH2-MIL-125 (Ti) Derived Flower-Like Fine TiO2 Nanoparticles Implanted in N-doped Porous Carbon as an Anode with High Activity and Long Cycle Life for Lithium-Ion Batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38(6), 2106002. doi: 10.3866/PKU.WHXB202106002
Fig 2
SEM images of NH2-MIL-125 (Ti) (a), FL-TiO2/NPC (b), P-TiO2 (c). XRD patterns (d) of FL-TiO2/NPC and P-TiO2. AFM image of FL-TiO2/NPC and the height profile of the corresponding line (e). Raman spectra (f) and TGA curve (g) of FL-TiO2/NPC. N2 adsorption/desorption isotherms (h) and pore size distribution curves (i) of FL-TiO2/NPC and P-TiO2."
Fig 5
CV plots (a) of FL-TiO2/NPC for the first three cycles at a scan rate of 0.1 mV?S?1 in the voltage range of 0.01–3 V. Nyquist plots (b) of FL-TiO2/NPC and P-TiO2 electrodes before cycling. Discharge/charge curves of voltage range at a current density of 0.2 A?g?1 for the first five cycles (c) of FL-TiO2/NPC. Long-term cycling performance (d, e) of FL-TiO2/NPC. Rate capability (f) of FL-TiO2/NPC and P-TiO2 electrodes. Long-term cycling performance at high current (g) of FL-TiO2/NPC."
Fig 6
CV curves of the FL-TiO2/NPC at different scan rate of 0.2–10 mV?s?1 (a). Calculation of the b values by plotting lgi versus lgv (b). The contribution of diffusion (cyan) and pseudocapacitive-controlled capacity (purple) at the scan rate of 1 mV?s?1 (c). Contribution percentage of pseudocapacitive-controlled capacity at different scan rates of 0.2–1 mV?s?1 (d). (The cyan correspond to diffusion capacity and the purple correspond to pseudocapacitive-controlled capacity.)"
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