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华南理工大学朱敏团队：原位合成（SnS-SnS2-S）/FLG复合材料
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今天和大家分享一篇电池材料的文献，无法上传图片，大家需要英文原文的可私信我邮箱并发送220512，我看到后会发给大家 一段话了解全文 制备了一种微纳米结构（SnS-SnS2-S）/FLG（少层石墨烯）复合材料，其中原位形成的SnS、SnS2和S纳米颗粒由原位剥离的FLG紧密支撑。多相结构可以诱导高比例界面的形成，实现界面控制的锂化/脱锂，其特点是界面存储量大，界面扩散快，提高了电极的高倍率性能。另一方面，S、SnS2和SnS的逐步锂化/脱锂可以提供纳米空间限制效应以适应体积膨胀和颗粒聚集，从而提高电极的结构稳定性。同时，FLG矩阵可以作为一个坚固的层，以进一步保持电极的结构完整性。 材料制备 可膨胀石墨在空气气氛下在1000℃加热获得膨胀石墨。Sn:S的摩尔比为1:3，EG的质量比为40wt%，在不锈钢小瓶中在Ar气氛下P-milling处理20小时制备SnS-SnS2-S/FLG复合材料，球料比为50:1。对比材料：P-milling处理20小时制备SnS-SnS2-S；P-milling处理20小时制备SnS/FLG；使用SnS2和EG（40wt%）作为原料，P-milling处理20小时制备SnS2/FLG；(SnS-SnS2)/FLG是通过在室温下用CS2水溶液处理24h(SnS-SnS2-S)/FLG以提取元素S制备。 结果与讨论 (SnS–SnS2–S)/FLG的晶粒尺寸最小。拉曼光谱表明由于快速等离子加热和机械球磨的协同作用，层状结构EG被剥落为（类）石墨烯材料。热重FLG的燃烧峰为500℃，明显低于EG的720℃，表明FLG是非常薄的层状。 图1 (a) (SnS–SnS2–S)/FLG制备示意图 (b)XRD 图谱 (c)拉曼光谱 (d、e)(SnS–SnS2–S)/FLG的Sn3d和S2pXPS光谱 (SnS-SnS2-S)/FLG表现出由纳米级初级粒子组成的微米级二级颗粒结构。微型二次颗粒振实密度高达1.90g·cm-3，有利于高容积容量。TEM进一步揭示了详细特征。纳米级初级粒子由纳米晶SnS、SnS2和S相组成，SnS、SnS2和S原位反应导致形成由绿色虚线描绘的高比例界面，可进行超快锂存储。同时，FLG基质紧密支撑活性纳米粒子形成纳米级初级粒子，并为活性纳米粒子提供有效的缓冲层。 图2 (SnS–SnS2–S)/FLG：(a)SEM图 (b、c)TEM图和SAED图 (d)(b)中A区放大TEM图 (e和f)A区A1和A2的HRTEM图 (g)(b)中B区放大TEM图 (h、i)B区的B1和B2的HRTEM图 (SnS–SnS2–S)/FLG具有1286.1和1077.8 mAh·g-1的高初始放电和充电容量，对应于83.8%的高初始库仑效率(ICE)。（SnS-SnS2-S）/FLG体积容量可达2047.8mAh·cm-3，优于大多数先前报道的负极材料，这对于实现高体积能量密度和阳极的实际应用至关重要。(SnS–SnS2–S)/FLG具有良好的稳定性。充放电过程中，当一个相以电化学方式接合时，其他周围的相是不活跃的并充当缓冲基质。因此，逐步锂化/脱锂，特别是在纳米级区域，可以提供纳米空间限制效应以适应体积变化和颗粒聚集。 (SnS–SnS2–S)/FLG显示出优异的容量保持率和循环时的高稳定性，具有良好的可逆性和可循环性。1061.6mAh·g-1的高可逆容量，对500次循环后容量保持率为98.5%。(SnS–SnS2–S)/FLG具有最高和最稳定的库仑效率，表明纳米空间受限的电化学反应和FLG载体的结合可以提高锂化/脱锂的可逆性并促进活性粒子之间的稳定相互作用。 图3 (a)(SnS–SnS2–S)/FLG放电/充电曲线，(a)插图CV曲线 (b)(SnS–SnS2–S)/FLG与其他已报道的负极材料的体积和重量容量比较 (c、d)循环性能和库仑效率 (e、f)SnS–SnS2–S、SnS/FLG、SnS2/FLG、(SnS–SnS2)/FLG和(SnS–SnS2–S)/FLG在第2次和第500次循环时的CV曲线 (g)(SnS–SnS2–S)/FLG在高电流密度下测试的循环性能 (h)(SnS–SnS2–S)/FLG与最近报道的SnS基阳极的循环稳定性比较 SnS-SnS2-S、(SnS-SnS2)/FLG和(SnS-SnS2-S)/FLG在0.2A·g-1下500次循环前后的横截面SEM显示SnS–SnS2–S和(SnS–SnS2)/FLG的厚度在循环前约为8.2和8.5mm，循环后增加到约24.5和17.1mm，并且还出现了一些裂纹；(SnS–SnS2–S)/FLG在循环前后没有表现出如此显着的变化。俯视SEM图显示(SnS–SnS2–S)/FLG保持完整无裂纹。不同循环后的非原位XRD图表明SnS相的晶粒生长在这些复合材料中循环之后。 图4 (a-c)新鲜SnS–SnS2–S、(SnS–SnS2)/FLG和(SnS–SnS2–S)/FLG的横截面SEM图 (d-f)SnS–SnS2–S、(SnS–SnS2)/FLG和(SnS–SnS2–S)/FLG在500次循环后的横截面SEM图 (g-i)SnS–SnS2–S、(SnS–SnS2)/FLG和(SnS–SnS2–S)/FLG在500次循环后的俯视SEM图 TEM结果显示(SnS–SnS2–S)/FLG中的SnS纳米颗粒仍然很好地分散并被FLG基质限制。循环的（SnS-SnS2-S）/FLG的Sn、S和C元素映射表明大多数活性纳米颗粒仍然均匀分布在FLG基质中。上述结果验证了纳米空间约束的锂化/脱锂和FLG载体可以有效地适应SnS的体积变化和颗粒聚集，从而保持电极的结构稳定性。 (SnS–SnS2–S)/FLG优异的可循环性可归因于纳米空间限制的锂化/脱锂和FLG支持的结合。在(SnS–SnS2–S)/FLG的锂化过程中，Li2S相首先从S的转化中生成并结合到复合材料中。在这种情况下，Li2S的掺入可以作为晶粒生长抑制剂，防止活性颗粒的聚集。另一方面，FLG支架提供了外部限制，进一步保持了电极的结构稳定性。 图5 (a-c) SnS-SnS2-S、(SnS-SnS2)/FLG和(SnS-SnS2-S)/FLG第1次和第500次循环后的非原位XRD图。(d-f)第 500 次循环后SnS–SnS2–S、(SnS–SnS2)/FLG和(SnS–SnS2–S)/FLG的TEM图 (g-i)第500次循环后SnS–SnS2–S、(SnS–SnS2)/FLG和(SnS–SnS2–S)/FLG的HRTEM图 (j)SnS和(SnS–SnS2–S)/FLG的锂化/脱锂过程示意图 P-milling制备的（SnS-SnS2-S）/FLG复合材料作为LIBs的负极具有高容量、高倍率和长寿命。此外，与纳米结构或多孔SnS基负极材料不同，微纳米结构(SnS–SnS2–S)/FLG复合材料在不牺牲纳米结构优势的情况下具有高振实密度。因此，(SnS–SnS2–S)/FLG具有高容量、高速率和长寿命的重量和体积存储。 (SnS–SnS2–S)/FLG作为阳极和LiFePO4作为阴极组装了全电池，以探索实际应用的可能性。在0.5A·g-1时提供690mAh·g-1的高可逆容量和1.7V的输出电压，具有68.5%的高ICE。通过连接全电池，可以点亮“SCUT”形LED面板。 图6 (a)(SnS–SnS2–S)/FLG//LiFePO4全电池放电/充电曲线；个由全电池供电的LED面板 (b)全电池循环性能 (c)全电池的倍率性能 (d、e)放电/充电曲线和循环性能 (f)高电流密度下的循环性能 (g)倍率性能 结论 通过简单且可扩展的P-milling方法成功制备了具有高振实密度的微纳米结构(SnS-SnS2-S)/FLG复合材料。受益于高比例的SnS/SnS2/S界面的界面控制锂化/脱锂可以在高倍率下极大地提高电极性能。此外，纳米空间受限的电化学反应与FLG载体一起可以有效防止活性颗粒被粉碎和聚集，从而确保稳定的锂存储。具有超高的重量/体积容量（1062.2mAh·g-1/2018mAh·cm-3，0.2A·g-1）、超高倍率（842/756mAh·g-1）和超长寿命（在1.0/10.0A·g-1下1000/2000次循环后，容量保持率为100%/93.6%）。全电芯还具有出色的综合性能。（SnS-SnS2-S）/FLG复合材料可能是一种很有前途的负极材料。 以上结论来自于 Cheng, Deliang, Yang, et al. Nano-spatially confined and interface-controlled lithiation-delithiation in an in situ formed (SnS-SnS2-S)/FLG composite: a route to an ultrafast and cycle-stable anode for lithium-ion batteries. |
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