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我院在原位法制备高面积比容量锂离子电池领域取得重要进展

发布时间:2019-06-01 ? 访问人数:

在各类电子器件、电动汽车、航空航天等领域的实际应用中,锂离子电池的面积比容量是一个至关重要的参数。因此,构建具有高活性材料负载量及高面积比容量的稳定电极具有重要意义。近日,东北师范大学孙海珠教授课题组通过一步溶剂热及退火的简单方法成功合成了NiO@NiO/NF多层材料,其作为锂离子电池电极材料,表现出优异的电化学性能及良好的稳定性。

目前大多数的报道集中于研究电极中活性材料的质量比容量。通常,活性材料要与导电剂及粘结剂均匀混合后,薄薄地涂覆在导电集流体上,这导致了在电极中,活性材料所占比例及其含量都较低,从而影响电极整体的质量比容量及面积比容量。自支撑材料可以避免导电剂与粘结剂的使用,但将活性材料直接生长在集流体上的传统方法并不能保证活性材料在多次充放电循环后仍附着在集流体上,并且,引入质量过重而又不能贡献容量的集流体,导致电极整体质量比容量降低。

东北师范大学孙海珠教授课题组合成的多层NiO@NiO/NF自支撑材料有效地解决了上述问题。在NiO@NiO/NF多层材料中,通过一步溶剂热反应,Ni(OH)2纳米花均匀生长在泡沫镍表面,而后通过准确控制退火条件,使泡沫镍部分发生氧化反应,形成表面层NiO纳米花、夹层NiO、泡沫镍(NF)骨架交替的多层结构。其中,来源于泡沫镍骨架氧化的夹层有效地增强了各层之间的粘结力。在充放电循环1000次之后,表层纳米花仍紧密的附着在骨架上,材料整体仍保持良好的完整性与柔韧性。由于泡沫镍骨架原位形成了夹层,使原本较重且不贡献容量的骨架部分成为活性物质,为材料整体贡献容量,提高活性物质负载量从而得到高面积比容量的电极。

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该材料在1.20 mA cm-2的电流密度下,可达到1.98 mAh cm-2的容量,循环100圈之后仍保持1.45 mAh cm-2。SEM及CV测试进一步证明夹层的重要作用及逐步储锂的机理。通过与NiO@NiO/NF-500对比,证明含有夹层的材料其层间结合力更强,在循环1000圈之后活性材料并未发生脱落。

说明: https://xpic.x-mol.com/upload%2F20190523%2F79821558582181691.jpg

这一成果近期发表在Advanced Energy Materials 上,文章的第一作者是东北师范大学博士研究生李艳飞范朝英博士为共同通讯作者。