新阳极材料有望打造更好的锂离子电池

来源:钜大LARGE    2018-09-11    点击量: 207
最近,来自中国武汉理工大学的研究人员们发现了一种新的阳极材料,有望生产出更好的锂离子电池和钠离子电池。
 
新型纳米片组装的紧凑型CaV4O9微流体在高质量负载下表现出高的面积容量和循环稳定性
 
我们需要能量密度越来越高的电池,需要具有更高容量的新型电极材料。最近,科学家报告了一系列新的阳极材料,这些阳极材料超过了商业化的石墨阳极,包括Si,SnO2,Fe2O3等。与石墨相比,这些阳极材料具有更高的初始容量。然而,在充电/放电过程中这些高容量电极的大的体积改变是一个新问题,这将导致快速的容量衰减。以前的工作主要集中在设计纳米结构材料以解决大体积变化问题,但纳米材料也有局限性,例如低振实密度,这对实际应用是不利的。
 
该论文的第一作者徐晓明说“已确定的新阳极材料CaV4O9微流体已经显示出非常有前景和令人激动的特性”。
 
研究人员发现,当这种电极应用于锂离子电池时,CaV4O9微流体阳极的可逆重量容量约为700mAhg-1,约为商用石墨的两倍。当处于4.4mgcm-2的高质量负载时,它可以显示出~2.5mAhcm-2的高面积容量。更重要的是,它显示出优异的循环稳定性。研究人员展示了400次循环的稳定循环,面积容量超过1.5mAhcm-2。
 
徐解释说,“质量负载和面积容量是电极的两个非常重要的参数。实际应用需要高质量负载和高面积容量。然而,大多数之前报道的关于高容量阳极的研究仅在非常低的质量负载水平(<1.0mgcm-2)下提供电化学性能。在这种情况下,获得的数据,如循环稳定性和速率能力看起来非常好,非常有前景,但实际上低质量负荷和低的低面积容量远远达不到实际应用水平,我们在具有高面积容量和高质量负载下的结果表明,CaV4O9微流体确实是一种很有前途的新型阳极材料。”
 
此外,CaV4O9微流体还能够将Na离子储存在钠离子电池中,可逆重量容量为~320mAhg-1。在3.65mgcm-2的高质量负载下,面积容量达到~1.0mAhcm-2。100次循环后,容量保持率为82%。
 
CaV4O9的一个重要的特性是体积变化小,研究人员基于非原位TEM和SEM表征证明了这一点。这与大多数其他高容量阳极不同。即使在高质量负载下也具有小的体积变化的特性也使CaV4O9电极具有良好的稳定性。
 
CaV4O9微流体的另一个优点是微米尺寸的致密形态。与纳米材料,尤其是多孔或中空纳米材料相比,微米级结构将有效地增加电极的振实密度并在高质量负载下减小电极的厚度,并且纳米片组件保持电极的纳米效应。这些特点对最终的电化学性能非常有益。
 
紧凑型微流体的设计还提高了电极的振实密度,而纳米效应确保了良好的电化学性能。这种新型的阳极材料表明CaV4O9或其他碱土金属钒酸盐是有希望作为Li/Na离子电池阳极。
 
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