磷烯包覆的高性能硅基锂离子电池负极材料

彭勃 徐耀林 Fokko M. Mulder

引用本文: 彭勃,  徐耀林,  Fokko M. Mulder. 磷烯包覆的高性能硅基锂离子电池负极材料[J]. 物理化学学报, 2017, 33(11): 2127-2132. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705244 shu
Citation:  PENG Bo,  XU Yao-Lin,  MULDER Fokko M.. Improving the Performance of Si-Based Li-Ion Battery Anodes by Utilizing Phosphorene Encapsulation[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(11): 2127-2132. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705244 shu

磷烯包覆的高性能硅基锂离子电池负极材料

  • 基金项目:

    中国留学基金委和荷兰经济事务部绿色能源材料项目资助

摘要: 硅基锂离子负极材料在脱嵌锂离子的过程中显著的体积效应导致活性材料的粉化、固体电解质介面膜(SEI)的持续生长和电接触的丧失并最终导致电池的失效。本文报道了一种新型的磷烯(单层黑磷)包覆来提升硅基负极材料的电化学性能。微量(1%,质量分数)的磷烯包覆有效抑制了被包覆硅颗粒的体积膨胀和SEI生长等问题,并保持了其电极结构在持续充放电循环中的完整性,从而提升了其库伦效率、容量以及循环稳定性。这是首次利用磷烯包覆法来提升硅基锂离子电池负极材料电化学性能的报道,而且也展现了此工艺在其他具有显著体积效应的电池材料中具有应用前景。

English

    1. [1]

      (1) Tarascon, J. M.; Armand, M. Nature 2001, 414, 359. doi: 10.1038/35104644

    2. [2]

      (2) Dunn, B.; Kamath, H.; Tarascon, J. M. Science 2011, 334, 928. doi: 10.1126/science.1212741

    3. [3]

      (3) Chu, S.; Majumdar, A. Nature 2012, 488, 294. doi: 10.1038/nature11475

    4. [4]

      (4) Sun, Y.; Liu, N.; Cui, Y. Nat. Energy 2016, 1, 16071. doi: 10.1038/nenergy.2016.71

    5. [5]

      (5) Guo, Z. L.; Wu, H. J. Electrochem. 2016, 22, 499. [郭择良, 伍晖.电化学, 2016, 22, 499.] doi: 10.13208/j.electrochem.160546

    6. [6]

      (6) Su, X.; Wu, Q.; Li, J.; Xiao, X.; Lott, A.; Lu, W.; Sheldon, B. W.; Wu, J. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300882. doi: 10.1002/aenm.201300882

    7. [7]

      (7) Wu, H.; Cui, Y. Nano Today 2012, 7, 414. doi: 10.1016/j.nantod.2012.08.004

    8. [8]

      (8) Wang, J. T.; Wang, Y.; Huang, B.; Yang, J. Y.; Tan, A.; Lu, S. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 305. [王建涛, 王耀, 黄斌, 杨娟玉, 谭翱, 卢世刚. 物理化学学报, 2014, 30, 305.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201312022

    9. [9]

      (9) Obrovac, M. N.; Christensen, L. Electrochem. Solid-State Lett. 2004, 7, A93. doi: 10.1149/1.1652421

    10. [10]

      (10) Pinson, M. B.; Bazant, M. Z. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A243. doi: 10.1149/2.044302jes

    11. [11]

      (11) Li, Y.; Yan, K.; Lee, H. W.; Lu, Z.; Liu, N.; Cui, Y. Nat. Energy 2016, 1, 15029. doi: 10.1038/nenergy.2015.29

    12. [12]

      (12) Zhou, X.; Yin, Y. X.; Wan, L. J.; Guo, Y. G. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 1086. doi: 10.1002/aenm.201200158

    13. [13]

      (13) Hu, X.; Jin, Y.; Zhu, B.; Tan, Y.; Zhang, S.; Zong, L.; Lu, Z.; Zhu, J. ChemNanoMat 2016, 2, 671. doi: 10.1002/cnma.201600105

    14. [14]

      (14) Luo, J.; Zhao, X.; Wu, J.; Jang, H. D.; Kung, H. H.; Huang, J. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 1824. doi: 10.1021/jz3006892

    15. [15]

      (15) Wen, Y.; Zhu, Y.; Langrock, A.; Manivannan, A.; Ehrman, S. H.; Wang, C. Small 2013, 9, 2810-2816. doi: 10.1002/smll.201202512

    16. [16]

      (16) Ling, X.; Wang, H.; Huang, S.; Xia, F.; Dresselhaus, M. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015, 112, 4523-4530. doi: 10.1073/pnas.1416581112

    17. [17]

      (17) Zhang, G.; Huang, S.; Chaves, A.; Song, C.; Özçelik, V. O.; Low, T.; Yan, H. Nat. Commun. 2017, 8, 14071. doi:10.1038/ncomms14071

    18. [18]

      (18) Carvalho, A.; Neto, A. H. C. ACS Cent. Sci. 2015, 1, 289-291. doi:10.1021/acscentsci.5b00304

    19. [19]

      (19) Carvalho, A.; Wang, M.; Zhu, X.; Rodin, A. S.; Su, H.; Castro Neto, A. H. Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16061. doi: 10.1038/natrevmats.2016.61

    20. [20]

      (20) Congyan, Z.; Ming, Y.; George, A.; Ruchira Ravinath, D.; Gamini, S. Nanotechnology 2017, 28, 075401. doi: 10.1088/1361-6528/aa52ac

    21. [21]

      (21) Sun, J.; Lee, H. W.; Pasta, M.; Yuan, H.; Zheng, G.; Sun, Y.; Li, Y.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 980-985. doi: 10.1038/nnano.2015.194

    22. [22]

      (22) Arie, A. A.; Lee, J. K., Mater. Sci. Forum 2013, 737, 80. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.737.80

    23. [23]

      (23) Domi, Y.; Usui, H.; Shimizu, M.; Kakimoto, Y.; Sakaguchi, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 7125. doi: 10.1021/acsami.6b00386

    24. [24]

      (24) Kim, J. S.; Choi, W.; Byun, D.; Lee, J. K. Solid State Ion. 2012, 212, 43. doi: 10.1016/j.ssi.2012.01.046

    25. [25]

      (25) Song, J. O.; Shim, H. T.; Byun, D. J.; Lee, J. K. Solid State Phenom. 2007, 124–126, 1063. doi: 10.4028/www.scientific.net/SSP.124-126.1063

    26. [26]

      (26) Yan, C.; Liu, Q.; Gao, J.; Yang, Z.; He, D. Beilstein J. Nanotechnol. 2017, 8, 222. doi: 10.3762/bjnano.8.24

    27. [27]

      (27) Brent, J. R.; Savjani, N.; Lewis, E. A.; Haigh, S. J.; Lewis, D. J.; O'Brien, P. Chem. Commun. 2014, 50, 13338. doi: 10.1039/C4CC05752J

    28. [28]

      (28) Hernandez, Y.; Nicolosi, V.; Lotya, M.; Blighe, F. M.; Sun, Z. Y.; De, S.; McGovern, I. T.; Holland, B.; Byrne, M.; Gun'ko, Y. K.; Boland, J. J.; Niraj, P.; Duesberg, G.; Krishnamurthy, S.; Goodhue, R.; Hutchison, J.; Scardaci, V.; Ferrari, A. C.; Coleman, J. N. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 563. doi: 10.1038/nnano.2008.215

    29. [29]

      (29) Kim, Y.; Park, Y.; Choi, A.; Choi, N. S.; Kim, J.; Lee, J.; Ryu, J. H.; Oh, S. M.; Lee, K. T. Adv. Mater. 2013, 25, 3045. doi: 10.1002/adma.201204877

    30. [30]

      (30) Ramireddy, T.; Xing, T.; Rahman, M. M.; Chen, Y.; Dutercq, Q.; Gunzelmann, D.; Glushenkov, A. M. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 5572. doi: 10.1039/C4TA06186A

    31. [31]

      (31) Qian, J.; Qiao, D.; Ai, X.; Cao, Y.; Yang, H. Chem. Commun. 2012, 48, 8931. doi: 10.1039/C2CC34388F

    32. [32]

      (32) Wang, L.; He, X.; Li, J.; Sun, W.; Gao, J.; Guo, J.; Jiang, C. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9034. doi: 10.1002/anie.201204591

    33. [33]

      (33) Sun, J.; Zheng, G.; Lee, H. W.; Liu, N.; Wang, H.; Yao, H.; Yang, W.; Cui, Y. Nano Lett. 2014, 14, 4573. doi: 10.1021/nl501617j

    34. [34]

      (34) Sun, L. Q.; Li, M. J.; Sun, K.; Yu, S. H.; Wang, R. S.; Xie, H. M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 14772. doi: 10.1021/jp302265n

    35. [35]

      (35) Ray, M.; Sarkar, S.; Bandyopadhyay, N. R.; Hossain, S. M.; Pramanick, A. K. J. Appl. Phys. 2009, 105, 074301. doi: 10.1063/1.3100045

    36. [36]

      (36) Yim, C. H.; Courtel, F. M.; Abu-Lebdeh, Y. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 8234-8243. doi: 10.1039/C3TA10883J

    37. [37]

      (37) Peng, B.; Xu, Y. L.; Wang, X. Q.; Shi, X. H.; Mulder, F. M. Sci. China-Phys. Mech. Astron. 2017, 60, 064611. doi: 10.1007/s11433-017-9022

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  579
  • HTML全文浏览量:  49
文章相关
  • 收稿日期:  2017-04-14
  • 修回日期:  2017-05-17
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