中空结构Cu离子掺杂CoSe2:钠离子电池负极材料性能提升新策略

钠离子电池由于具有资源丰富、价格低廉等特点,成为电化学储能领域研究的热点。然而,由于钠离子半径较大、动力学过程较为缓慢,急需探索合适的钠离子电池电极材料。金属硒化物由于具有高的储钠容量和合适的反应电位,得到了研究者的广泛关注。但是,由于金属硒化物较差的导电性以及储钠过程中严重的体积膨胀,导致其倍率和循环稳定性能较差。因此,如何通过结构和组分的调控来提升金属硒化物的储钠性能显得尤为重要。

近日,新加坡南洋理工大学楼雄文教授与浙江大学遇鑫遥研究员(共同通讯作者)报道了一种两步离子交换法构筑中空结构Cu离子掺杂CoSe2作为钠离子电池负极材料,有效提升了金属硒化物储钠的循环稳定性和倍率性能。他们以Co3[Co(CN)6]2微米立方块为自模板,在第一步与Se离子的阴离子交换反应中,获得了由超薄纳米片组装的CoSe2中空结构,通过进一步与Cu离子发生阳离子交换发应,最终构筑了Cu离子掺杂的CoSe2中空结构。得益于其独特的分级结构和组分特征,该Cu离子掺杂CoSe2材料表现出较高的可逆比容量(492 mAh/g)、优异的倍率性能(在3 A/g的电流密度下仍具有185 mAh/g的可逆容量)和较长的循环稳定性(循环500周,容量保持率为94%)。同时,作者通过非原位XRD研究了反应的机理,并通过循环伏安测试证明了电极材料优异的倍率性能主要来源于电容对容量的贡献。这项研究工作为设计和制备高性能钠离子电池负极材料提供了一种新的策略。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201706668)上。

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