钒酸锂/碳/石墨烯:一种新型高性能锂离子电池负极材料

电化学储能器件在日常生活中扮演了非常重要的角色。锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、价格低、环境影响小、无记忆效应等优点,已经成为一种非常重要的电化学储能器件。下一代混合动力汽车与纯电动汽车的动力电池需具有安全、廉价、能量密度高、功率密度高等特性。然而,传统的商业化石墨负极材料已经不能满足人们日益增长的需求。开发新型、高性能锂离子电池负极材料已经成为锂离子电池研究的热点和重点。

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Li3VO4介孔颗粒支撑于石墨烯基底作为锂离子电池负极材料展现出优异的电化学性能

作为一种新型的嵌入型负极材料,Li3VO4具有较高的理论容量(394 mA h g-1)和适中的充放电平台(0.5 – 1.0 V vs. Li+/Li)。与传统的石墨负极相比,其充放电平台高于石墨,因此,其安全性能比石墨更好。与TiO2、Li4Ti5O12、TiNb2O7等嵌入型负极材料相比,Li3VO4具有较高的理论容量和较低的充放电平台,因此,其能量密度远高于TiO2、Li4Ti5O12和TiNb2O7。在晶体结构方面,Li3VO4中氧原子呈六方密堆积,阳离子填充在四面体空隙中,其八面体空隙在c轴方向上相互联接,为锂离子提供了一个快速传输通道。然而,Li3VO4的电子导电性较低,导致其倍率性能较差,限制了其广泛应用。

武汉理工大学麦立强教授研究团队在提高Li3VO4负极电化学性能,尤其是倍率性能方面取得了重要进展。他们将亚微米级Li3VO4颗粒支撑于石墨烯导电基底上,同时在颗粒内部构筑介孔结构。石墨烯导电基底的引入有效地解决了Li3VO4材料导电性差的问题,而材料内部的介孔结构缩短了锂离子的传输距离,进一步提高锂离子传输效率。通过这种有效的结构构筑,大大提高了Li3VO4的电化学性能。同时,他们通过原位XRD的表征,检测到了Li3VO4在高倍率下的晶体结构变化模式,为进一步对其性能的提高提高了理论基础。其相关论文在线发表在Advanced Science

相关工作得到了国家科技部973计划,国家重点基础研究发展计划,国家自然科学基金,国家杰出青年科学基金等项目资助。