高性能锂离子电池用N掺杂C-Sn交联纳米纤维自支撑电极的理性设计

李莹 赵钰燊 陈凯 刘旭 伊廷锋 陈立锋

引用本文: 李莹, 赵钰燊, 陈凯, 刘旭, 伊廷锋, 陈立锋. 高性能锂离子电池用N掺杂C-Sn交联纳米纤维自支撑电极的理性设计[J]. 物理化学学报, 2024, 40(3): 230500. doi: 10.3866/PKU.WHXB202305007 shu
Citation:  Ying Li, Yushen Zhao, Kai Chen, Xu Liu, Tingfeng Yi, Li-Feng Chen. Rational Design of Cross-Linked N-Doped C-Sn Nanofibers as Free-Standing Electrodes towards High-Performance Li-Ion Battery Anodes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(3): 230500. doi: 10.3866/PKU.WHXB202305007 shu

高性能锂离子电池用N掺杂C-Sn交联纳米纤维自支撑电极的理性设计

    通讯作者: 伊廷锋, tfyihit@163.com; 陈立锋, chenlf@ustc.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 52374301

    国家自然科学基金 U1960107

    国家自然科学基金 22075269

    国家自然科学基金 U2230101

    国家自然科学基金 GG2090007003

    安徽省科技重大专项 202203a05020048

    中央高校基本业务费 N2123001

    中央高校基本业务费 WK2480000007

    安徽省百人计划(青年)项目 

    合肥市留学人员创新项目 BJ2090007002

    中国科学技术大学启动基金 KY2090000062

    中国科学技术大学启动基金 KY2090000098

    中国科学技术大学启动基金 KY2090000099

    河北省电介质与电解质功能材料重点实验室绩效补助经费 22567627H

摘要: 为了提高碳材料作为锂离子电池负极材料的比容量,将氮掺杂的碳纤维与高容量的Sn进行复合。通过静电纺丝及低温碳化制备了均匀镶嵌Sn纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维(C-Sn)复合膜。该复合膜直接用作自支撑锂离子电池负极时表现出较好的电化学性能,Sn的引入显著提高了碳纳米纤维膜的电化学性能。碳均匀包覆Sn后形成的纤维结构可以促进离子电子的传导,并能有效缓冲Sn纳米粒子在循环过程中的体积变化,从而有效抑制粉化与团聚。Sn含量约为25.6%的C-Sn-2电极具有最高的比容量和更优异的倍率性能。电化学测试结果表明,在2 A∙g−1的电流密度下,充放电循环1000圈后充电(放电)比容量为412.7 (413.5) mAh∙g−1。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,N掺杂非晶碳与锂具有良好的亲和性,有利于将合金化反应之后形成的SnxLiy合金锚定在碳表面,进而缓解了充放电过程中的Sn的体积变化。本文为高性能储锂材料的设计提供了一种切实可行的策略。

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  • 发布日期:  2024-03-15
  • 收稿日期:  2023-05-08
  • 接受日期:  2023-06-20
  • 修回日期:  2023-06-05
  • 网络出版日期:  2023-06-28
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

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