Small:氮掺杂多孔碳-碳纳米管交联结构锚定的红磷用于高稳定可快充锂离子电池负极

红磷因其具有超高的比容量(约2600 mAh/g)而被认为是非常有潜力的下一代负极材料。然而大量研究表明,红磷的极低固有电导率和其巨大体积变化,会导致很差的循环稳定性并限制了其实际应用。有效的解决策略包括将红磷与导电基体复合、材料纳米化、合金化和造孔工程等,以此来改善电极的极化和活性物质脱落等问题。

基于此,东华大学刘倩邹儒佳罗维团队采用简便的方法合成了一种具有高氮掺杂的具有多级孔结构碳作为红磷载体,通过蒸汽-凝聚法得到与红磷的复合负极材料。其作为锂离子电池负极时表现出了优异的电化学性能,特别是在大电流密度下具有很高的循环稳定性。本文提出的观点对于改善红磷负极性能提供了方向,并可以推广到其他具有相似反应机理的负极材料。

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该工作采用一种简单的方法合成了具有高氮掺杂量的碳纳米管与多级孔结构的碳交联结构,并将其与红磷通过蒸汽-凝聚法组成复合材料,该复合材料用作锂离子电池负极时表现出了极高的大电流循环稳定性,大大改善了红磷负极的电化学性能。该策略有以下几点优势:首先在于其载体中的高掺杂量氮元素可以通过形成氮磷键以提高碳基体与红磷的结合力,增强其在循环过程中的结构稳定性;其次,高比表面积的多孔碳可以最大化基体与红磷的接触改善其电子传输,氮掺杂引入的缺陷也能提供额外的离子传输通道;最后,碳基体中的介孔和微孔可以有效缓解红磷循环过程中的体积变化,穿插其中的碳纳米管也起到支撑结构的作用,进一步提高电极的循环性能。

材料循环前后的原位及非原位表征和示意图

作者简介

刘倩副教授简介:研究方向为微纳材料的原位物理性能研究及其在储能方面的应用。以第一和通讯作者发表SCI论文20余篇,包括SmallNano Letters, Journal of Materials Chemistry AAdvanced Science等。以合作作者发表SCI论文包括Advanced Energy MaterialAdvanced Functional Materials等。主持和参与国家/省部级项目10余项。获得包括东华大学优秀博士生学位论文、上海市扬帆计划等多项奖励和荣誉。

邹儒佳副研究员简介:东华大学材料科学与工程学院研究员副研究员,博士生导师,浦江学者、香江学者、东华大学励志人才计划。致力于纳米材料的制备、结构和单体性能及器件研究。目前,总共在Prog. Mater. Sci.Acc. Chem. Res.JACSAdv. Mater.等学术期刊发表SCI论文110余篇,文章被引用超过8500次,H-index:48,单篇最高引用次数为900余次。授权专利10余项。获得包括国家自然基金、上海市自然基金,中国博后等项目资助,获得包括“上海市青少年科技创新市长奖”提名奖、上海市优秀博士生学位论文和上海市优秀毕业生学等多项奖励和荣誉。

罗维研究员简介:东华大学材料科学与工程学院研究员、博士生导师,无机非金属材料系党支部书记、系副主任。入选国家自然科学优秀青年基金,上海市青年拔尖人才开发计划,上海市青年科技启明星等人才计划项目。曾获教育部自然科学二等奖(排名第3),主持国家自然科学基金(面上、青年),上海市自然科学基金,参与国家自然科学基金重点项目,国家重点研发计划,上海市教委科研创新计划等重要科研项目。主要从事无机多孔材料、先进块体材料,以及其在能源、传感与发光等方面的应用研究。以第一作者和通讯作者的身份在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.Nano Today等国际著名期刊发表了多篇SCI论文。受邀担任Chinese Chemical Letters青年编委,中国材料研究学会青年工作委员会理事Frontiers in Chemistry评审编辑,参与组织2017 International Symposium on Functional Materials for Energy Storage and Conversion国际会议,并担任会议执行主席。

论文信息:

Red Phosphorus Anchored on Nitrogen-Doped Carbon Bubble-Carbon Nanotube Network for Highly Stable and Fast-Charging Lithium-Ion Batteries

Shu-Ang He, Qian Liu*, Zhe Cui, Kaibing Xu, Rujia Zou*, Wei Luo*, Meifang Zhu

Small

DOI: 10.1002/smll.202105866

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202105866