引語
鋰離子電池正逐步應用在大型電動設備上,開發高容量、長壽命和倍率性能優異的電池材料是鋰電池研究*為重要的關鍵。上海大學環境與化學工程學院王勇教授課題組組*近在該領域取得下列研究成果:以雙金屬有機骨架為前驅體設計得到了一種多孔碳納米管復合材料,用于鋰離子電池的負極,表現出很高的容量和優異的循環及倍率性能。
成果(guo)簡介
該研究團隊通過設計出在多孔十二面體中生長具有N-S共摻雜碳層的碳納米管復合材料。該材料是以雙金屬有機骨架(BMOF)為前軀體,經過化學氣相沉積和硫化過程兩步反應得到。
因該(gai)(gai)復合材料(liao)中(zhong)兩種金(jin)屬硫(liu)化物的(de)協同(tong)作用、十二面(mian)體的(de)多孔結(jie)構(gou)、N-S共摻雜(za)碳(tan)層的(de)形成和根深蒂固的(de)碳(tan)納米管網(wang)狀結(jie)構(gou),使得該(gai)(gai)材料(liao)作為鋰離子電(dian)池(chi)負極展(zhan)現出良好(hao)的(de)電(dian)化學(xue)性(xing)(xing)能。循環性(xing)(xing)能優異:在100 mA g?1電(dian)流密度下(xia),循環250圈后,仍保持容(rong)量(liang)941 mAh g?1 比(bi)容(rong)量(liang)(超過其理論比(bi)容(rong)量(liang))。在1,2,5 Ag-1 電(dian)流密度下(xia)循環500圈后仍分別具有(you)734、591、505 mAh g?1比(bi)容(rong)量(liang),說明其具有(you)較好(hao)的(de)倍(bei)率性(xing)(xing)能。
簡介
方案設計:示意圖說明由雙金屬有機骨架(Co/Zn-ZIF-
67)在經化學氣相沉淀過程得到中間體Co/Co3Zn@N-C-CNT,進而經硫化過程合成*終產物Co-Zn-S@N-S-C-CNT復合材料。同時由于Co元素的催化作用,小的碳納米管形成并深深扎根在十二面體產物中。
本材料的特點為雙金屬有機骨架(Co/Zn-ZIF-67),所以采取單原子金屬骨架(Co-ZIF-67)為基準,研究其性能。
a)Co/Zn-ZIF-67和Co-ZIF-67的X射線衍射譜圖;
b)Co/Co3ZnC@N-C-CNT 和Co@N-C-CNT的X射線衍射譜圖;
c)Co-Zn-S@N-S-C-CNT和CoS2@N-S-C-CNT的X射線衍射譜圖;
d)Co-Zn-S@N-S-C-CNT和 CoS2@N-S-C-CNT拉曼光譜圖.
中間產物Co/Co3ZnC@N-C-CNT的形貌表征。
a,b) SEM圖, c) EDS 譜圖, d–f) TEM圖。
終產物Co-Zn-S@N-S-C-CNT的形貌表征a,b) SEM 圖,c–f) TEM 圖, g,h) HRTEM 圖,可清晰看到多面體中生長的碳納米管, i) 選區電子衍射圖,展現良好的多晶結構, j)元素分析圖。
對比樣中間產物Co@N-C-CNT的形貌表征:a,b) SEM 圖;c,d) TEM圖;
對比樣終產物CoS2@N-S-C-CNT的形貌表征:e,f) SEM圖,g,h) TEM圖, i) HRTEM圖, j)元素分析圖。
電化學性能測試
a)Co-Zn-S@N-S-C-CNT的CV圖,插圖放大區域對應的是該電位下Li-Zn合金的脫合金化過程;
b) Co-Zn-S@N-S-C-CNT在0.1, 1, 2,和5 C (1 C = 1000 mA g?1) 下的首圈充放電曲線;
c) Co-Zn-S@N-S-C-CNT 和CoS2@N-S-C-CNT在電流密度為100 mA g?1 (0.1 C)下的循環性能對比;
d) Co-Zn-S@N-S-C-CNT的倍率性能。
這樣一個精(jing)心設計的具(ju)有特(te)殊(shu)結構的三元金屬硫/碳復合材料有望成為未來儲能家族中的新候選。
文獻鏈接:Carbon Nanotubes Rooted in Porous Ternary Metal Sulfide@N/S-Doped Carbon Dodecahedron: Bimetal-Organic-Frameworks Derivation and Electrochemical Application for High-Capacity and Long-Life Lithium-Ion Batteries.(Adv. Funct. Mater., 2016, DOI:10.1002/adfm.201601631)