在近期发表在《Advanced Energy Materials》的文章中,来自中山大学的Bei Long, Muhammad-Sadeeq Balogun, Yexiang Tong, Shuqin Song及其合作者制备出了基于镍氮化物和硫化物纳米片 (Ni3N@Ni3S2) 的复合物,它可以用作锂离子电池的正极材料。

用于锂离子电池的强效镍基复合物

锂离子电池广泛应用于现代消费类电子产品,但是它们的性能尚未优化到可以胜任更高功率和更长使用寿命,如电动汽车驾驶的需求。为了满足日益增长的高科技领域对电池性能的要求,就需要研究不同的电极材料,其中一种思路是将不同元素结合在一起形成复合材料。 在近期发表在《Advanced Energy Materials》的文章中,来自中山大学的Bei Long, Muhammad-Sadeeq Balogun, Yexiang Tong, Shuqin Song及其合作者制备出了基于镍氮化物和硫化物纳米片 (Ni3N@Ni3S2) 的复合物,它可以用作锂离子电池的正极材料。 在380 °C下,氨气环境中煅烧前驱体,随后通过180 °C水热硫化8小时可以制备出这种复合材料,其中调整硫脲浓度可以控制硫化程度。 测试三个样品的首次充放电曲线,结果显示,复合材料具有最大的嵌锂容量,可以达到1012 mA h g–1,而镍硫化物 (Ni3S2) 和氮化物 (Ni3N) 的嵌锂容量仅为864和487 mA h g–1。在第二个放电周期中,复合材料的嵌锂容量降为583 mA h g–1,但仍然远高于单一存在的镍氮化物和硫化物。在第一个放电周期中,当电压小于0.5 V时,复合材料的嵌锂容量占50.6%,远远高于单一组分,这表明发生了协同增强效应,而这是由于晶格失配造成的。 在晶格失配产生更多活性位点和大量可以用于能量储存的界面的同时,电子也可以从p型半导体 (这里为Ni3S2)有效的转移到n型半导体 (Ni3N)中。这种“工作分担”的机理可以使锂离子和电子完美分离。 镍硫化物/氮化物 (Ni3N@Ni3S2)复合材料也显示出最佳的循环稳定性,在经历电流密度为0.25 A g–1的200个工作循环之后,依旧可以在第二个周期内保持初始性能的74.5%。扫描电子显微镜 (SEM) 图像显示,复合材料形成的电极在200个循环后仅出现微小的开裂,而单一的氮化物的电极裂纹稍多,说明了复合材料具有很好的耐久性。相反,单一硫化物的电极在循环后几乎被彻底清除。 想要了解更多关于这种用于锂离子电池的新型复合材料,请访问《Advanced Energy Materials》的主页。