NaTiSi2O6/C Composite as a Novel Anode Material for Lithium-Ion Batteries

Kun Liu Yao Liu Haifeng Zhu Xiaoli Dong Yonggang Wang Congxiao Wang Yongyao Xia

Citation:  Liu Kun, Liu Yao, Zhu Haifeng, Dong Xiaoli, Wang Yonggang, Wang Congxiao, Xia Yongyao. NaTiSi2O6/C Composite as a Novel Anode Material for Lithium-Ion Batteries[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(11): 1912030-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB201912030 shu

NaTiSi2O6/C复合材料用于锂离子电池负极材料

    通讯作者: 王丛笑, cxwang@fudan.edu.cn
    夏永姚, yyxia@fudan.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金会 21875045

    国家自然科学基金会(21875045)和国家重点研发项目(2016YFB0901500)资助

    国家重点研发项目 2016YFB0901500

摘要: 在本文中,我们首次报道了一种新型的硅酸盐负极材料NaTiSi2O6,由溶胶-凝胶法和固相烧结法合成而得。这种材料属于单斜晶系,空间群为C2/c。通过葡萄糖的高温裂解和碳化,NaTiSi2O6/C复合物被成功制备出来,其表面积为132 m2·g-1。在0.1 A·g-1的电流密度下其首圈放电和充电的比容量分别为542.9 mAh·g-1和266.6 mAh·g-1,首圈库伦效率为49.1%。在经过100圈循环后,其充电比容量为224.1 mAh·g-1,容量保持率为84.1%。原位X射线衍射测试表明,其充放电机理为嵌入反应。这使得NaTiSi2O6成为硅酸盐负极材料家族中新的一员。

English

    1. [1]

      Guo, Z.; Zhu, J.; Feng, J.; Du, S. RSC Adv. 2015, 5, 69514. doi: 10.1039/c5ra13289d doi: 10.1039/c5ra13289d

    2. [2]

      Hu, Y. S.; Demir-Cakan, R.; Titirici, M. M.; Mueller, J. O.; Schloegl, R.; Antonietti, M.; Maier, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 1645. doi: 10.1002/anie.200704287 doi: 10.1002/anie.200704287

    3. [3]

      Jia, H.; Gao, P.; Yang, J.; Wang, J.; Nuli, Y.; Yang, Z. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1036. doi: 10.1002/aenm.201100485 doi: 10.1002/aenm.201100485

    4. [4]

      Reddy, M. V.; Yu, T.; Sow, C. H.; Shen, Z. X.; Lim, C. T.; Rao, G. V. S.; Chowdari, B. V. R. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 2792. doi: 10.1002/adfm.200601186 doi: 10.1002/adfm.200601186

    5. [5]

      Zhu, X.; Zhu, Y.; Murali, S.; Stollers, M. D.; Ruoff, R. S. ACS Nano 2011, 5, 3333. doi: 10.1021/nn200493r doi: 10.1021/nn200493r

    6. [6]

      Lin, Y. M.; Abel, P. R.; Heller, A.; Mullins, C. B. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2885. doi: 10.1021/jz201363j doi: 10.1021/jz201363j

    7. [7]

      Xu, X.; Cao, R.; Jeong, S.; Cho, J. Nano Lett. 2012, 12, 4988. doi: 10.1021/nl302618s doi: 10.1021/nl302618s

    8. [8]

      Zhang, W. M.; Wu, X. L.; Hu, J. S.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 3941. doi: 10.1002/adfm.200801386 doi: 10.1002/adfm.200801386

    9. [9]

      Zhou, G.; Wang, D. W.; Li, F.; Zhang, L.; Li, N.; Wu, Z. S.; Wen, L.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M. Chem. Mater. 2010, 22, 5306. doi: 10.1021/cm101532x doi: 10.1021/cm101532x

    10. [10]

      Kang, E.; Jung, Y. S.; Cavanagh, A. S.; Kim, G. H.; George, S. M.; Dillon, A. C.; Kim, J. K.; Lee, J. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 2430. doi: 10.1002/adfm.201002576 doi: 10.1002/adfm.201002576

    11. [11]

      Yu, Y.; Chen, C. H.; Shui, J. L.; Xie, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7085. doi: 10.1002/anie.200501905 doi: 10.1002/anie.200501905

    12. [12]

      Sun, Y.; Hu, X.; Luo, W.; Huang, Y. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 20794. doi: 10.1021/jp3070147 doi: 10.1021/jp3070147

    13. [13]

      Sun, Y.; Hu, X.; Luo, W.; Huang, Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 13826. doi: 10.1039/c2jm31159c doi: 10.1039/c2jm31159c

    14. [14]

      Aravindan, V.; Kumar, P. S.; Sundaramurthy, J.; Ling, W. C.; Ramakrishna, S.; Madhavi, S. J. Power Sources 2013, 227, 284. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.11.050 doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.11.050

    15. [15]

      Mai, Y. J.; Shi, S. J.; Zhang, D.; Lu, Y.; Gu, C. D.; Tu, J. P. J. Power Sources 2012, 204, 155. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.12.038 doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.12.038

    16. [16]

      Liu, H.; Wang, G.; Liu, J.; Qiao, S.; Ahn, H. J. Mater. Chem. 2011, 21, 3046. doi: 10.1039/c0jm03132a doi: 10.1039/c0jm03132a

    17. [17]

      Poizot, P.; Laruelle, S.; Grugeon, S.; Dupont, L.; Tarascon, J. M. Nature 2000, 407, 496. doi: 10.1038/35035045 doi: 10.1038/35035045

    18. [18]

      Ren, Y.; Liu, Z.; Pourpoint, F.; Armstrong, A. R.; Grey, C. P.; Bruce, P. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2164. doi: 10.1002/anie.201108300 doi: 10.1002/anie.201108300

    19. [19]

      Cao, F. F.; Wu, X. L.; Xin, S.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 10308. doi: 10.1021/jp103218u doi: 10.1021/jp103218u

    20. [20]

      Armstrong, G.; Armstrong, A. R.; Bruce, P. G.; Reale, P.; Scrosati, B. Adv. Mater. 2006, 18, 2597. doi: 10.1002/adma.200601232 doi: 10.1002/adma.200601232

    21. [21]

      Li, J. R.; Tang, Z. L.; Zhang, Z. T. Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, A316. doi: 10.1149/1.1904465 doi: 10.1149/1.1904465

    22. [22]

      van de Krol, R.; Goossens, A.; Meulenkamp, E. A. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 3150. doi: 10.1149/1.1392447 doi: 10.1149/1.1392447

    23. [23]

      汪倩雯, 杜显锋, 陈夕子, 徐友龙.物理化学学报, 2015, 31, 1437. doi: 10.3866/PKU.WHXB201506162Wang, Q. W.; Du, X. F.; Chen, X. Z.; Xu, Y. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31, 1437. doi: 10.3866/PKU.WHXB201506162

    24. [24]

      Liu, Y.; Liu, J.; Hou, M.; Fan, L.; Wang, Y.; Xia, Y. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 10902. doi: 10.1039/c7ta03173d doi: 10.1039/c7ta03173d

    25. [25]

      Wang, Y. Q.; Guo, L.; Guo, Y. G.; Li, H.; He, X. Q.; Tsukimoto, S.; Ikuhara, Y.; Wan, L. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7874. doi: 10.1021/ja301266w doi: 10.1021/ja301266w

    26. [26]

      Shen, L.; Zhang, X.; Uchaker, E.; Yuan, C.; Cao, G. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 691. doi: 10.1002/aenm.201100720 doi: 10.1002/aenm.201100720

    27. [27]

      Zhao, L.; Hu, Y. S.; Li, H.; Wang, Z.; Chen, L. Adv. Mater. 2011, 23, 1385. doi: 10.1002/adma.201003294 doi: 10.1002/adma.201003294

    28. [28]

      Rahman, M. M.; Wang, J. Z.; Hassan, M. F.; Wexler, D.; Liu, H. K. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 212. doi: 10.1002/aenm.201000051 doi: 10.1002/aenm.201000051

    29. [29]

      Colin, J. F.; Godbole, V.; Novak, P. Electrochem. Commun. 2010, 12, 804. doi: 10.1016/j.elecom.2010.03.038 doi: 10.1016/j.elecom.2010.03.038

    30. [30]

      Cheng, L.; Yan, J.; Zhu, G. N.; Luo, J. Y.; Wang, C. X.; Xia, Y. Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 595. doi: 10.1039/b914604k doi: 10.1039/b914604k

    31. [31]

      Belharouak, I.; Sun, Y. K.; Lu, W.; Amine, K. J. Electrochem. Soc. 2007, 154, A1083. doi: 10.1149/1.2783770 doi: 10.1149/1.2783770

    32. [32]

      Zhu, G. N.; Chen, L.; Wang, Y. G.; Wang, C. X.; Che, R. C.; Xia, Y. Y. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 640. doi: 10.1002/adfm.201201741 doi: 10.1002/adfm.201201741

    33. [33]

      Chiba, K.; Kijima, N.; Takahashi, Y.; Idemoto, Y.; Akimoto, J. Solid State Ionics 2008, 178, 1725. doi: 10.1016/j.ssi.2007.11.004 doi: 10.1016/j.ssi.2007.11.004

    34. [34]

      Perez-Flores, J. C.; Kuhn, A.; Garcia-Alvarado, F. J. Power Sources 2011, 196, 1378. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.08.106 doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.08.106

    35. [35]

      Kataoka, K.; Awaka, J.; Kijima, N.; Hayakawa, H.; Ohshima, K. I.; Akimoto, J. Chem. Mater. 2011, 23, 2344. doi: 10.1021/cm103678e doi: 10.1021/cm103678e

    36. [36]

      Zhu, G. N.; Wang, Y. G.; Xia, Y. Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6652. doi: 10.1039/c2ee03410g doi: 10.1039/c2ee03410g

    37. [37]

      Xiao, F. S.; Han, Y.; Yu, Y.; Meng, X. J.; Yang, M.; Wu, S. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 888. doi: 10.1021/ja0170044 doi: 10.1021/ja0170044

    38. [38]

      Kuznicki, S. M.; Bell, V. A.; Nair, S.; Hillhouse, H. W.; Jacubinas, R. M.; Braunbarth, C. M.; Toby, B. H.; Tsapatsis, M. Nature 2001, 412, 720. doi: 10.1038/35089052 doi: 10.1038/35089052

    39. [39]

      Anderson, M. W.; Terasaki, O.; Ohsuna, T.; Philippou, A.; Mackay, S. P.; Ferreira, A.; Rocha, J.; Lidin, S. Nature 1994, 367, 347. doi: 10.1038/367347a0 doi: 10.1038/367347a0

    40. [40]

      Sinha, A. K.; Seelan, S.; Okumura, M.; Akita, T.; Tsubota, S.; Haruta, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 3956. doi: 10.1021/jp0465229 doi: 10.1021/jp0465229

    41. [41]

      Sinha, A. K.; Seelan, S.; Tsubota, S.; Haruta, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1546. doi: 10.1002/anie.200352900 doi: 10.1002/anie.200352900

    42. [42]

      Anderson, M. W.; Terasaki, O.; Ohsuna, T.; Malley, P. J. O.; Philippou, A.; Mackay, S. P.; Ferreira, A.; Rocha, J.; Lidin, S. Philos. Mag. B 1995, 71, 813. doi: 10.1080/01418639508243589 doi: 10.1080/01418639508243589

    43. [43]

      Masquelier, C.; Croguennec, L. Chem. Rev. 2013, 113, 6552. doi: 10.1021/cr3001862 doi: 10.1021/cr3001862

    44. [44]

      Liu, J.; Pang, W. K.; Zhou, T.; Chen, L.; Wang, Y.; Peterson, V. K.; Yang, Z.; Guo, Z.; Xia, Y. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 1456. doi: 10.1039/c7ee00763a doi: 10.1039/c7ee00763a

    45. [45]

      Milne, N. A.; Griffith, C. S.; Hanna, J. V.; Skyllas-Kazacos, M.; Luca, V. Chem. Mater. 2006, 18, 3192. doi: 10.1021/cm0523337 doi: 10.1021/cm0523337

    46. [46]

      刘美玭, 胡宇翔, 杜红宾.无机化学学报, 2015, 31, 2425. doi: 10.11862/cjic.2015.315Liu, M. P.; Hu, Y. X.; Du, H. B. Chin. J. Inorg. Chem. 2015, 31, 2425. doi: 10.11862/cjic.2015.315

    47. [47]

      Chaupatnaik, A.; Srinivasan, M.; Barpanda, P. ACS Appl. Energy Mater. 2019, 2, 2350. doi: 10.1021/acsaem.8b01906 doi: 10.1021/acsaem.8b01906

    48. [48]

      He, D.; Wu, T.; Wang, B.; Yang, Y.; Zhao, S.; Wang, J.; Yu, H. Chem. Commun. 2019, 55, 2234. doi: 10.1039/c9cc00043g doi: 10.1039/c9cc00043g

    49. [49]

      Isobe, M.; Ninomiya, E.; Vasil'ev, A. N.; Ueda, Y. J. Phys. Soc. Jpn. 2002, 71, 1423. doi: 10.1143/jpsj.71.1423 doi: 10.1143/jpsj.71.1423

    50. [50]

      Larson, A. C.; Von Dreele, R. B. GSAS; Los Alamos National Laboratory Report LAUR: Los Alamos, NM, USA, 1994; pp. 86–748.

    51. [51]

      Toby, B. H. J. Appl. Crystallogr. 2001, 34, 210. doi: 10.1107/s0021889801002242 doi: 10.1107/s0021889801002242

    52. [52]

      Weppner, W.; Huggins, R. A. J. Electrochem. Soc. 1977, 124, 1569. doi: 10.1149/1.2133112 doi: 10.1149/1.2133112

    53. [53]

      Yu, P.; Popov, B. N.; Ritter, J. A.; White, R. E. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 8. doi: 10.1149/1.1391556 doi: 10.1149/1.1391556

    54. [54]

      Ding, N.; Xu, J.; Yao, Y. X.; Wegner, G.; Fang, X.; Chen, C. H.; Lieberwirth, I. Solid State Ionics 2009, 180, 222. doi: 10.1016/j.ssi.2008.12.015 doi: 10.1016/j.ssi.2008.12.015

    55. [55]

      Rui, X. H.; Ding, N.; Liu, J.; Li, C.; Chen, C. H. Electrochim. Acta 2010, 55, 2384. doi: 10.1016/j.electacta.2009.11.096 doi: 10.1016/j.electacta.2009.11.096

    56. [56]

      Wang, J.; Zhang, G.; Liu, Z.; Li, H.; Liu, Y.; Wang, Z.; Li, X.; Shih, K.; Mai, L. Nano Energy 2018, 44, 272. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.11.079 doi: 10.1016/j.nanoen.2017.11.079

    57. [57]

      Prosini, P. P.; Lisi, M.; Zane, D.; Pasquali, M. Solid State Ionics 2002, 148, 45. doi: 10.1016/S0167-2738(02)00134-0 doi: 10.1016/S0167-2738(02)00134-0

    58. [58]

      Song, H. J.; Kim, J. C.; Lee, C. W.; Park, S.; Dar, M. A.; Hong, S. H.; Kim, D. W. Electrochim. Acta 2015, 170, 25. doi: 10.1016/j.electacta.2015.04.113 doi: 10.1016/j.electacta.2015.04.113

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  70
  • HTML全文浏览量:  8
文章相关
  • 发布日期:  2020-11-15
  • 收稿日期:  2019-12-10
  • 接受日期:  2020-01-07
  • 修回日期:  2020-01-07
  • 网络出版日期:  2020-01-13
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