AlN-Fe纳米复合薄膜:一种新型锂离子电池负极材料

牛晓叶 杜小琴 王钦超 吴晓京 张昕 周永宁

引用本文: 牛晓叶,  杜小琴,  王钦超,  吴晓京,  张昕,  周永宁. AlN-Fe纳米复合薄膜:一种新型锂离子电池负极材料[J]. 物理化学学报, 2017, 33(12): 2517-2522. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706162 shu
Citation:  NIU Xiao-Ye,  DU Xiao-Qin,  WANG Qin-Chao,  WU Xiao-Jing,  ZHANG Xin,  ZHOU Yong-Ning. AlN-Fe Nanocomposite Thin Film:A New Anode Material for Lithium-Ion Batteries[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(12): 2517-2522. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706162 shu

AlN-Fe纳米复合薄膜:一种新型锂离子电池负极材料

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51502039)资助项目

摘要: 采用脉冲激光沉积技术(PLD)制备了不同比例的AlN-Fe纳米复合薄膜(AlN和Fe摩尔比为3:1;2:1;1:1;1:2),首次研究了其作为锂离子电池负极材料的电化学行为。发现当AlN和Fe的比例为2:1时,复合薄膜具有最佳的电化学性能。在500 mA·g-1电流密度下,AlN-Fe (2:1)经过100次循环充放电后容量仍能保持510 mAh·g-1。对其电化学反应机理研究发现,在放电过程中,AlN-Fe纳米复合薄膜中的AlN发生分解,AlN-Fe生成LiAl合金和Li3N。纳米Fe颗粒的引入有效提高AlN的电化学活性;在充电过程中,部分Li3N与Fe纳米颗粒反应生成了Fe3N,其余部分Li3N重新生成AlN。随后的充放电过程由Fe3N、AlN和Al三者与Li的可逆反应共同参与,保证了AlN-Fe纳米复合薄膜优异的电化学性能。该研究为设计开发新型锂离子电池电极材料提供了一种新的思路。

English

    1. [1]

      (1) Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652. doi: 10.1038/451652a

    2. [2]

      (2) Liu, C.; Xue, F.; Huang, H.; Yu, X.; Xie, C.; Shi, M.; Cao, G.; Jung, Y.; Dong, X. Electrochim. Acta 2014, 129, 93. doi: 10.1016/j.electacta.2014.02.031

    3. [3]

      (3) Zhang, W. J. Power Sources 2011, 196, 13. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.07.020

    4. [4]

      (4) Zhang, H.; Sun, X.; Zhang, X.; Lin, H.; Wang, K.; Ma, Y. J. Alloy. Compd. 2015, 622, 783. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.10.188

    5. [5]

      (5) Jiang, Y.; Zhang, D.; Li, Y.; Yuan, T.; Bahlawane, N.; Liang, C.; Sun, W.; Lu, Y.; Yan, M. Nano Energy 2014, 4, 23. doi: 10.1016/j.nanoen.2013.12.001

    6. [6]

      (6) Chen, G.; Rodriguez, R.; Fei, L.; Xu, Y.; Deng, S.; Smirnov, S.; Luo, H. J. Power Sources 2014, 259, 227. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.02.096

    7. [7]

      (7) Lai, L.; Zhu, J.; Li, B.; Zhen, Y.; Shen, Z.; Yan, Q.; Lin, J. Electrochim. Acta 2014, 134, 28. doi: 10.1016/j.electacta.2014.04.073

    8. [8]

      (8) Mahmood, N.; Zhang, C.; Hou, Y. Small 2013, 9, 1321. doi: 10.1002/smll.201203032

    9. [9]

      (9) Su, L.; Zhou, Z.; Shen, P. J. Phys. Chem. C 2012, 116 (45), 23974. doi: 10.1021/jp310054b

    10. [10]

      (10) An, G.; Ahn, H. J. Power Sources 2014, 272, 828. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.09.032

    11. [11]

      (11) Wang, Z.; Wang, Z.; Liu, W.; Xiao, W.; Lou, X. W. D. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (1), 87. doi: 10.1149/1.2745087

    12. [12]

      (12) Kundu, D.; Krumeich, F.; Fotedar, R.; Nesper, R. J. Power Sources 2015, 278, 608. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.12.087

    13. [13]

      (13) Fu, Z. W.; Wang, Y.; Yue, X. L.; Zhao, A. S.; Qin, Q. Z. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 2236. doi: 10.1021 /jp030530s

    14. [14]

      (14) Sun, Q.; Fu, Z. Electrochem. Solid-State Lett. 2007, 10 (8), A189. doi: 10.1149/1.2745087

    15. [15]

      (15) de Guzman, R. C.; Yang, J.; Cheng, M. M.; Salley, S. O.; Ng, K. Y. S. J. Mater. Chem. A 2014, 2 (35), 14577. doi: 10.1039/C4TA02596B

    16. [16]

      (16) Pereira, N.; Dupont, L.; Tarascon, J. M.; Klein, L. C.; Amatucci, G. G. J. Electrochem. Soc. 2003, 150 (9), A1273. doi: 10.1149/1.1599845

    17. [17]

      (17) Pereira, N.; Klein, L. C.; Amatucci, G. G. J. Electrochem. Soc. 2002, 149 (3), A262. doi: 10.1149/1.1446079

    18. [18]

      (18) Lu, X.; Wang, G.; Zhai, T.; Yu, M.; Xie, S.; Ling, Y.; Liang, C.; Tong, Y.; Li, Y. Nano Lett. 2012, 12 (10), 5376. doi: 10.1021/nl302761z

    19. [19]

      (19) Balogun, M.; Zeng, Y.; Qiu, W.; Luo, Y.; Onasanya, A.; Olaniyi, T. K.; Tong, Y. J. Mater. Chem. A 2016, 4 (25), 9844. doi: 10.1039/C6TA02492K

    20. [20]

      (20) Nandi, D. K.; Sen, U. K.; Sinha, S.; Dhara, A.; Mitra, S.; Sarkar, S. K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17 (26), 17445. doi: 10.1039/C5CP02184G

    21. [21]

      (21) Dong, S.; Chen, X.; Gu, L.; Zhou, X.; Xu, H.; Wang, H.; Liu, Z.; Han, P.; Yao, J.; Wang, L.; Cui, G.; Chen, L. ACS Appl. Mater. Inter. 2011, 3 (1), 93. doi: 10.1021/am100951h

    22. [22]

      (22) Caicedo, J. C.; Zambrano, G.; Aperador, W.; Escobar-Alarcon, L.; Camps, E. Appl. Surf. Sci. 2011, 258 (1), 312. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.08.057

    23. [23]

      (23) Zhou, Y. N.; Liu, C.; Chen, H. J.; Zhang, L.; Li, W. J.; Fu, Z. W. Electrochim. Acta 2011, 56, 5532. doi: 10.1016/j.electacta.2011.03.085

    24. [24]

      (24) Balogun, M.; Wu, Z.; Luo, Y.; Qiu, W.; Fan, X.; Long, B.; Huang, M.; Liu, P.; Tong, Y. J. Power Sources 2016, 308, 7. doi:10.1016/j.jpowsour.2016.01.043

    25. [25]

      (25) Balogun, M.; Qiu, W.; Jian, J.; Huang, Y.; Luo, Y.; Yang, H.; Liang, C.; Lu, X.; Tong, Y. ACS Appl. Mater. Inter. 2015, 7 (41), 23205. doi:10.1021/acsami.5b07044

    26. [26]

      (26) Huang, H.; Gao, S.; Wu, A.; Cheng, K.; Li, X.; Gao, X.; Zhao, J.; Dong, X.; Cao, G. Nano Energy 2017, 31, 74. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.10.059

    27. [27]

      (27) Anaraki-Ardakani, H. Phys. Lett. A. 2017, 381 (11), 1041. doi: 10.1016/j.physleta.2017.01.010

    28. [28]

      (28) Zhou, Y. N.; Wu, C. L.; Zhang, H.; Wu, X. J.; Fu, Z. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2006, 22, 1111. [周永宁; 吴长亮; 张 华; 吴晓京; 傅正文. 物理化学学报. 2006, 22, 111]. doi: 10.1016/S1872-1508(06)60051-X

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  1061
  • HTML全文浏览量:  107
文章相关
  • 收稿日期:  2017-05-15
  • 修回日期:  2017-06-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章