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【电池材料】SnSe/少层石墨烯微纳米结构：锂/钠离子电池致密且耐用的阳极材料
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依然发不了图片，需要英文原文的私信我邮箱，并发送220505，我看到后会发给大家 一段话了解全文 通过等离子球磨法合成了具有高振实密度（2.3g·cm-3）的SnSe/少层石墨烯（FLG）复合材料，其中SnSe纳米颗粒与FLG基体紧密结合。FLG可有效缓解SnSe在循环过程中体积膨胀产生的应力。等离子球磨后，FLG上形成大量空位缺陷，使SnSe纳米颗粒与FLG基质之间具有很强的亲和力，防止长期循环后SnSe颗粒聚集或分离。作为锂离子电池的负极，在所报道的SnSe基阳极中寿命最长（在1.0A·g-1下2000次循环后容量保持率为92.8%）。钠离子电池中，1.0A·g-1下1000次循环后容量保持率为91.6%。是一种很有前途的高性能锂/钠离子电池负极。 材料制备 将Sn粉、Se粉和EG在不锈钢小瓶中混合，(Sn/Se)/EG的质量比为7:3，Sn/Se的摩尔比为1:1，在纯氩气氛下等离子球磨处理20小时合成SnSe/FLG。P-milling是一种结合高能球磨和介质阻挡放电等离子体的材料加工方法。通过在没有等离子体的情况下对上述混合物进行球磨20小时合成SnSe/C。摩尔比为1:1的Sn粉和Se粉的混合物进行P-milling20小时来合成裸SnSe。 结果与讨论 EG进行P-milling后，数百纳米的初级粒子组装成几微米的次级粒子，振实密度高达2.30g·cm-3。附聚物的表面变得光滑并涂有薄膜，表明FLG已成功包覆SnSe。SnSe/FLG粒径远小于SnSe和SnSe/C。 图片 图1 (a)SnSe/FLG的SEM图 (b)SnSe/FLG的TEM图 (c)SnSe/FLG的SAED图 (d)(b)-A区的HRTEM图 (e,f)放大A区域的HRTEM图 (g)(b)-B区的HRTEM图 (h，i)B区域的放大HRTEM图 SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG中SnSe晶体的平均尺寸分别为24、15和8nm。与传统球磨相比，P-milling可以更有效地减小SnSe晶体的尺寸，并且FLG包覆可以减少SnSe晶体的聚集。拉曼光谱表明P-milling20小时层状EG更好的剥离为FLG，引起的缺陷（如空位等）更多。FLG基体的缺陷有利于Sn-C和Se-C键的形成，这增加了FLG对SnSe的亲和力，是该负极具有优异循环稳定性的关键之一。 图片 图2 (a)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG的XRD图谱。(b,c)EG、SnSe/C 和 SnSe/FLG 的拉曼光谱。(d−f) SnSe/FLG 的 C 1s、Sn 3d 和 Se 3d XPS 光谱 上述独特的微纳结构SnSe/FLG复合材料作为LIB负极表现出优异的电化学性能。SnSe/FLG的体积容量优于大多数报道的LIB阳极。在随后的循环中，放电/充电曲线相似，表明 SnSe/FLG具有高循环稳定性。SnSe/FLG的倍率性能优于SnSe和SnSe/C。此外，随着电流密度降低，容量也可以完全恢复。经过200次循环后，SnSe/FLG仍可提供830.8mAh·g-1的高容量，容量保持率为96.1%。SnSe和SnSe/C表现出严重的容量衰减，在200次循环后容量保持率分别仅为65.5%和30.4%。SnSe/FLG表现出最高和最稳定的库仑效率，这表明其具有最佳的反应可逆性和结构稳定性，优于其他报道的基于SnSe的阳极。 图片 图3 电化学性能对比 Li/Li+。(a)CV曲线 (b)SnSe/FLG在0.2A·g-1的放电/充电曲线 (c)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG的倍率性能 (d,e)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG在0.2A·g-1下的循环性能和库仑效率 (f)在高电流密度下测试的SnSe/FLG的循环性能 (g)本工作中用于锂离子电池的SnSe/FLG阳极的循环稳定性与最近报道的SnSe基阳极的比较 循环前SnSe和SnSe/C电极的厚度约为8.3和8.0μm，在0.2A·g-1下循环200次后厚度增加到约 25.2和18.9μm，循环后的电极出现了一些裂纹。SnSe/FLG电极在循环前后厚度从8.1变为10.2μm，变化不明显。循环后SnSe/FLG电极保持完整，没有裂纹。相反，在SnSe和SnSe/C电极中有严重的裂纹。再次证明Sn-C和Se-C共键和FLG载体可以有效地抑制大的体积变化并防止电极的解体。 图片 图4 (a-c)循环前SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG电极的横截面SEM图 (d-f)循环后SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG电极的横截面SEM图 (g-i)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG电极在循环后的表面SEM图 SnSe相可以在锂化/脱锂过程后重新出现在200次循环后，SnSe/FLG（111）峰的半峰宽几乎没有变化，大多数SnSe纳米颗粒仍然均匀分布在SnSe/FLG电极中的碳基体中。 图片 图5 (a-c)不同循环后SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG电极的非原位XRD图 (d-f)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG电极在循环后的TEM图 (g-i)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG电极在循环后的HRTEM图 全电池测试显示在0.5-3.3V的电压窗口中，在0.5A·g-1下表现出602mAh·g-1的高可逆容量，在120次循环后仍保持526mAh·g-1的高容量。此外，SnSe/FLG复合材料还表现出极好的钠储存性能。 图片 图6 (a,b)SnSe/FLG//LiFePO4全电池在0.5和3.3V之间在0.5A·g-1下测试的放电/充电曲线和循环性能 (a)的插图是由全电池点亮的LED面板。电化学性能与Na/Na+的关系：(c)SnSe/FLG在0.2mV·s-1下扫描的CV曲线 (d)SnSe/FLG在0.2A·g-1下的放电/充电曲线 (e)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG在0.2A·g-1下的循环性能 (f)SnSe、SnSe/C和SnSe/FLG的倍率性能 (g)在高电流密度下测试的SnSe/FLG的循环性能 上述结果表明，微纳米结构的SnSe/FLG复合材料作为LIB和SIB阳极表现出极好的电化学性能。优异的电化学性能与其独特的结构密切相关：(1)所获得的微尺寸二次颗粒具有高振实密度，从而导致高体积容量和高体积能量密度。(2)FLG基体可以作为柔性缓冲层，有效缓解循环过程中SnSe体积变化产生的大应力，同时还可以作为导电网络，为电子和离子传输提供快速通道。(3)Sn-C和Se-C的共键得益于大量空位缺陷的形成，使得SnSe纳米颗粒与FLG基体之间具有很强的亲和力，即使经过多次循环，也可以通过防止SnSe聚集和分离来稳定电极结构。 结论 开发了一种简便的P-milling一步法，用于合成具有高振实密度的微纳米结构SnSe/FLG复合材料，其中SnSe纳米颗粒与FLG基质牢固结合，组装纳米级初级粒子，然后组装微米级二级颗粒。FLG基质由于其超强的强度，可以有效缓解SnSe的大循环引起的应力。由EG到FLG的Pmilling剥离中形成大量C空位缺陷形成Sn-C和Se-C共键，使SnSe纳米颗粒与FLG基质之间具有很强的亲和力，防止SnSe聚集和在长时间循环后脱落。 以上结论来自于 Cheng, Deliang, Yang, et al. Sn-C and Se-C Co-Bonding SnSe/Few-Layered Graphene Micro-Nano Structure: Route to a Densely Compacted and Durable Anode for Lithium/Sodium-Ion Batteries. 图片 (END) 等离子球磨技术由华南理工大学朱敏教授团队研制，是将冷场放电等离子体引入到机械振动球磨中，利用近常压下气体在球磨罐中形成高能量的非平衡等离子体和机械球磨的协同作用，促进粉末的组织细化、合金化、活性激活、化合反应及加速原位气-固相反应等，能极大地提高球磨效率，显著降低球磨污染，并形成独特的结构而显著提高材料的性能。 注：文章内容由小编精读文献后的总结归纳，仅供交流参考，版权归原作者所有。如侵权，请联系 |
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2022-05-05 16:27
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