EcoMat:高交联纳米纤维素基自支撑碳膜在锂电负极中的应用

硬碳材料以其低成本、低电位平台和高储锂容量被认为是一种潜在的锂离子电池负极材料。然而,传统硬碳负极制备方法是将电化学活性物质覆盖到集流体上,这就不可避免会用到粘结剂。而粘结剂的使用会极大阻碍锂离子脱/嵌过程中离子的扩散和电子的转移,从而本文以纳米纤维素为前驱体,通过两步热处理制备无粘结剂的自支撑碳骨架结构的薄膜。

1碳骨架结构是由小分子碎片通过环化和芳构化形成,并且提出了纳米纤维上含氧官能团的演变机制。

2通过调控碳化条件实现了硬碳薄膜的比表面积和官能团的优化,丰富的C(O)O和C=O以及微孔有利于 Li+ 的存储。

3 交联的碳骨架不仅有利于电子快速传递,而且便于Li+扩散,以及在电池反复充放电过程中保持电极结构的稳定。

4 在电流密度为50 mA g-1时,以该自支撑硬碳负极(cCNF-800)的锂离子电池表现出513.1 mAh g-1的优异可逆容量以及出色的循环稳定性。在电流密度为500 mA g-1时,电池充放电循环1000次后容量并无衰减现象。

相关工作在线发表在EcoMat(DOI:10.1002/eom2.12091)上。