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【硒磷负极】等离子球磨技术合成高性能非晶SeP2/C复合材料用于锂/钠离子电池负极
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今天分享一篇负极材料的文章，依然发不了图片，需要英文原文的私信我邮箱和230619，让我知道您要哪一篇文献 一段话了解全文 通过等离子球磨技术（P-milling）原位合成SeP2/C复合材料，提高了锂/钠离子电池红磷（P）负极的性能。在SeP2/C复合材料内部，纳米尺寸颗粒确保了Li+和Na+快速移动，包裹SeP2颗粒的无定形碳缓解了锂/钠存储过程中的体积膨胀并提高了电导率。SeP2/C电极500次循环后在2A·g-1下保持700mAh·g-1的可逆容量，400次循环后在0.5A·g-1下保持400mAh·g-1的可逆容量。结果证明，非晶SeP2/C复合材料可以成为一种新型负极材料，在锂离子电池和钠离子电池领域具有巨大潜力。 材料制备 将可膨胀石墨在管式炉中氩气气氛下1000℃高温煅烧15min，获得蠕虫状膨胀石墨（EG）。通过P-milling30h制备活性SeP2/C粉末（硒粉和红磷的摩尔比为1:2，EG占整个材料的20wt%）。为了比较，分别制备了Se-P/C，Se-4P/C，Se/C、P/C、SeP2/10%C和SeP2/30%C。所有准备好的材料的处理和储存过程均在手套箱提供的氩气气氛中进行。 图1展示了通过P-milling方法制备SeP2/C复合材料的示意图。在热效应、电子冲击和球磨的机械能作用下，硒粉、红磷和膨胀石墨原位制备了SeP2/C复合材料。在P-milling过程中，膨胀石墨被剥离和研磨以形成无定形碳。硒、红磷和无定形碳进一步形成了被无定形碳包覆的SeP2合金纳米颗粒。 图1 P-milling制备SeP2/C复合材料示意图 材料表征 Se-P/C、SeP2/C、Se-4P/C、Se/C和P/C的XRD图像上没有商业硒或红磷的特征衍射峰，表明这些材料在经过等离子处理后显示出无定形结构。XPS谱图显示SeP2/C复合材料在320-390cm-1范围内的特征带与其他样品不同，而类似于Se-P合金的拉曼光谱。该比例下等离子球磨处理后形成硒磷非晶合金相。 图2 (a)XRD谱图 (b)XPS谱图 SeP2/C复合颗粒没有明显团聚，粒径在30-40nm范围内，之前TEM分析得，复合材料结构为10-15nm的SeP2颗粒分散在无定形碳材料中，这种形态可以缓冲和抑制锂/钠存储过程中的剧烈体积变化。小尺寸SeP2粒子有利于Li+和Na+离子快速转移。在图3c-f表明粉体中Se、P和C元素的均匀分布，硒与磷的摩尔比大约1:2。SeP2/C复合材料的比表面积达到14.725m3/g。 图3 SeP2/C（a）SEM图像 （b）HRTEM图像 （c）STEM图像 (d)Se (e)P (f)C的STEM-EDS图 锂离子电池电化学性能 硒和磷完全结合生成Se-P合金相，提高了电导率并抑制了多硒化物的生成，纳米颗粒尺寸保证Li+的快速扩散，所以SeP2/C电极表现出更好的循环稳定性。500次循环后，可逆容量仍保持在700mAh·g-1，即使在5A·g-1下400次充放电循环后的可逆容量也超过600mAh·g-1。图4b进一步表明Se-P合金相的形成提高了锂存储性能。图4c通过氧化还原出峰位置可推算相应可逆反应过程中生成的相，多次循环重叠CV曲线表明SeP2/C电极具有良好的循环可逆性。图4d显示SeP2/C电极在100mA·g-1下恒电流充放电曲线，初始库伦效率大约为70.51%，高于其他比例材料。图4e，f表明材料作为LIBs的阳极具有出色的倍率性能。 图4 锂存储电化学性能 （a）Se-P/C、SeP2/C、SeP2/C（常规球磨）和Se-4P/C之间的循环性能 （b）SeP2/C、Se/C和P/C之间的循环性能 (c) SeP2/C的CV曲线 (d)SeP2/C恒电流放电和充电曲线 (e)SeP2/C的倍率性能 （f）SeP2/C在各种电流密度下的恒电流充放电曲线 通过Randles Sevcik方程了解SeP2/C电极的锂离子扩散系数，高的锂离子扩散系数证明了SeP2/C电极离子扩散速度快，极化现象不明显。通过恒电流间歇滴定（GITT）法进一步研究了SeP2/C负极储锂的电化学扩散特性。SeP2/C电极的电位变化如图5c所示。SeP2/C复合材料的过电位在锂嵌入过程中逐渐下降，而在锂提取过程中升高。图5d显示随着锂化程度的提高，电阻呈下降趋势。由于锂化过程中活性材料的体积膨胀导致颗粒之间更紧密地接触，因此电极电导率显着提高。由于体积收缩减少了与活性材料颗粒的接触，电极的电阻在脱锂过程中反而上升到0.323Ω。 图5 SeP2/C电极的锂储存电化学性能 （a）0.2至3mV·s-1不同扫描速率下的CV曲线 (b) Ip与v1/2关系图 (c)容量-电位图 (d)GITT测量期间的电阻 钠离子电池电化学性能 与锂存储性能相似，小尺寸SeP2/C和Se和P完全结合是的材料拥有最优的钠存储性能。500次充放电循环后的可逆容量仍超过400mAh·g-1。20%的碳含量是储钠性能最优。与Se/C和P/C电极相比，SeP2/C具有优异的比容量、循环稳定性和库仑效率。SeP2/C电极在第一次循环中放电容量：885.7mAh·g-1，充电容量：533.3mAh·g-1，ICE：60.21%。随着循环的进行，最终保持在98%左右，表现出优异的循环可逆性。SeP2/C电极在不同充放电速率下的钠储存循环性能如图6e-f，表明SeP2/C具有优异的可逆性。 图6 钠存储电化学性能 （a）Se-P/C、SeP2/C、Se-4P/C、SeP2/C（常规球磨）和Se-2P/C@20h之间的循环性能 （b）SeP2/C、Se/C和P/C之间的循环性能 (c) SeP2/C的CV曲线 (d)SeP2/C恒电流放电和充电曲线 (e)SeP2/C的倍率性能 （f）SeP2/C在各种电流密度下的恒电流充放电曲线 结论 等离子球磨技术被用于开发制备SeP2/C复合材料作为LIBs和SIBs负极材料表现出良好的电化学性能。SeP2/C复合材料可以在摩尔比为1:2、P-球磨时间为30h的条件下合成。 SeP2/C优异的电化学性能得益于小纳米颗粒使得Li+和Na+可以快速扩散，以及硒和磷生成SeP2合金相提高了复合材料的导电性，避免了在锂/钠电化学存储过程中纯硒生成聚硒化物造成容量损失。 SeP2/C 的优异电化学性能使其在先进LIBs和SIBs的应用中具有巨大的潜力。 以上结论来自于 Lin C, Ouyang L, R Hu, et al. Synthesis of amorphous SeP2/C composite by plasma assisted ball milling for high-performance anode materials of lithium and sodium-ion batteries[J]. Progress in Natural Science: Materials International, 2021. |
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