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【硒磷負(fù)極】等離子球磨技術(shù)合成高性能非晶SeP2/C復(fù)合材料用于鋰/鈉離子電池負(fù)極
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今天分享一篇負(fù)極材料的文章，依然發(fā)不了圖片，需要英文原文的私信我郵箱和230619，讓我知道您要哪一篇文獻(xiàn) 一段話了解全文 通過等離子球磨技術(shù)（P-milling）原位合成SeP2/C復(fù)合材料，提高了鋰/鈉離子電池紅磷（P）負(fù)極的性能。在SeP2/C復(fù)合材料內(nèi)部，納米尺寸顆粒確保了Li+和Na+快速移動，包裹SeP2顆粒的無定形碳緩解了鋰/鈉存儲過程中的體積膨脹并提高了電導(dǎo)率。SeP2/C電極500次循環(huán)后在2A·g-1下保持700mAh·g-1的可逆容量，400次循環(huán)后在0.5A·g-1下保持400mAh·g-1的可逆容量。結(jié)果證明，非晶SeP2/C復(fù)合材料可以成為一種新型負(fù)極材料，在鋰離子電池和鈉離子電池領(lǐng)域具有巨大潛力。 材料制備 將可膨脹石墨在管式爐中氬氣氣氛下1000℃高溫煅燒15min，獲得蠕蟲狀膨脹石墨（EG）。通過P-milling30h制備活性SeP2/C粉末（硒粉和紅磷的摩爾比為1:2，EG占整個材料的20wt%）。為了比較，分別制備了Se-P/C，Se-4P/C，Se/C、P/C、SeP2/10%C和SeP2/30%C。所有準(zhǔn)備好的材料的處理和儲存過程均在手套箱提供的氬氣氣氛中進(jìn)行。 圖1展示了通過P-milling方法制備SeP2/C復(fù)合材料的示意圖。在熱效應(yīng)、電子沖擊和球磨的機(jī)械能作用下，硒粉、紅磷和膨脹石墨原位制備了SeP2/C復(fù)合材料。在P-milling過程中，膨脹石墨被剝離和研磨以形成無定形碳。硒、紅磷和無定形碳進(jìn)一步形成了被無定形碳包覆的SeP2合金納米顆粒。 圖1 P-milling制備SeP2/C復(fù)合材料示意圖 材料表征 Se-P/C、SeP2/C、Se-4P/C、Se/C和P/C的XRD圖像上沒有商業(yè)硒或紅磷的特征衍射峰，表明這些材料在經(jīng)過等離子處理后顯示出無定形結(jié)構(gòu)。XPS譜圖顯示SeP2/C復(fù)合材料在320-390cm-1范圍內(nèi)的特征帶與其他樣品不同，而類似于Se-P合金的拉曼光譜。該比例下等離子球磨處理后形成硒磷非晶合金相。 圖2 (a)XRD譜圖 (b)XPS譜圖 SeP2/C復(fù)合顆粒沒有明顯團(tuán)聚，粒徑在30-40nm范圍內(nèi)，之前TEM分析得，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為10-15nm的SeP2顆粒分散在無定形碳材料中，這種形態(tài)可以緩沖和抑制鋰/鈉存儲過程中的劇烈體積變化。小尺寸SeP2粒子有利于Li+和Na+離子快速轉(zhuǎn)移。在圖3c-f表明粉體中Se、P和C元素的均勻分布，硒與磷的摩爾比大約1:2。SeP2/C復(fù)合材料的比表面積達(dá)到14.725m3/g。 圖3 SeP2/C（a）SEM圖像 （b）HRTEM圖像 （c）STEM圖像 (d)Se (e)P (f)C的STEM-EDS圖 鋰離子電池電化學(xué)性能 硒和磷完全結(jié)合生成Se-P合金相，提高了電導(dǎo)率并抑制了多硒化物的生成，納米顆粒尺寸保證Li+的快速擴(kuò)散，所以SeP2/C電極表現(xiàn)出更好的循環(huán)穩(wěn)定性。500次循環(huán)后，可逆容量仍保持在700mAh·g-1，即使在5A·g-1下400次充放電循環(huán)后的可逆容量也超過600mAh·g-1。圖4b進(jìn)一步表明Se-P合金相的形成提高了鋰存儲性能。圖4c通過氧化還原出峰位置可推算相應(yīng)可逆反應(yīng)過程中生成的相，多次循環(huán)重疊CV曲線表明SeP2/C電極具有良好的循環(huán)可逆性。圖4d顯示SeP2/C電極在100mA·g-1下恒電流充放電曲線，初始庫倫效率大約為70.51%，高于其他比例材料。圖4e，f表明材料作為LIBs的陽極具有出色的倍率性能。 圖4 鋰存儲電化學(xué)性能 （a）Se-P/C、SeP2/C、SeP2/C（常規(guī)球磨）和Se-4P/C之間的循環(huán)性能 （b）SeP2/C、Se/C和P/C之間的循環(huán)性能 (c) SeP2/C的CV曲線 (d)SeP2/C恒電流放電和充電曲線 (e)SeP2/C的倍率性能 （f）SeP2/C在各種電流密度下的恒電流充放電曲線 通過Randles Sevcik方程了解SeP2/C電極的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)證明了SeP2/C電極離子擴(kuò)散速度快，極化現(xiàn)象不明顯。通過恒電流間歇滴定（GITT）法進(jìn)一步研究了SeP2/C負(fù)極儲鋰的電化學(xué)擴(kuò)散特性。SeP2/C電極的電位變化如圖5c所示。SeP2/C復(fù)合材料的過電位在鋰嵌入過程中逐漸下降，而在鋰提取過程中升高。圖5d顯示隨著鋰化程度的提高，電阻呈下降趨勢。由于鋰化過程中活性材料的體積膨脹導(dǎo)致顆粒之間更緊密地接觸，因此電極電導(dǎo)率顯著提高。由于體積收縮減少了與活性材料顆粒的接觸，電極的電阻在脫鋰過程中反而上升到0.323Ω。 圖5 SeP2/C電極的鋰儲存電化學(xué)性能 （a）0.2至3mV·s-1不同掃描速率下的CV曲線 (b) Ip與v1/2關(guān)系圖 (c)容量-電位圖 (d)GITT測量期間的電阻 鈉離子電池電化學(xué)性能 與鋰存儲性能相似，小尺寸SeP2/C和Se和P完全結(jié)合是的材料擁有最優(yōu)的鈉存儲性能。500次充放電循環(huán)后的可逆容量仍超過400mAh·g-1。20%的碳含量是儲鈉性能最優(yōu)。與Se/C和P/C電極相比，SeP2/C具有優(yōu)異的比容量、循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率。SeP2/C電極在第一次循環(huán)中放電容量：885.7mAh·g-1，充電容量：533.3mAh·g-1，ICE：60.21%。隨著循環(huán)的進(jìn)行，最終保持在98%左右，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)可逆性。SeP2/C電極在不同充放電速率下的鈉儲存循環(huán)性能如圖6e-f，表明SeP2/C具有優(yōu)異的可逆性。 圖6 鈉存儲電化學(xué)性能 （a）Se-P/C、SeP2/C、Se-4P/C、SeP2/C（常規(guī)球磨）和Se-2P/C@20h之間的循環(huán)性能 （b）SeP2/C、Se/C和P/C之間的循環(huán)性能 (c) SeP2/C的CV曲線 (d)SeP2/C恒電流放電和充電曲線 (e)SeP2/C的倍率性能 （f）SeP2/C在各種電流密度下的恒電流充放電曲線 結(jié)論 等離子球磨技術(shù)被用于開發(fā)制備SeP2/C復(fù)合材料作為LIBs和SIBs負(fù)極材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。SeP2/C復(fù)合材料可以在摩爾比為1:2、P-球磨時間為30h的條件下合成。 SeP2/C優(yōu)異的電化學(xué)性能得益于小納米顆粒使得Li+和Na+可以快速擴(kuò)散，以及硒和磷生成SeP2合金相提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性，避免了在鋰/鈉電化學(xué)存儲過程中純硒生成聚硒化物造成容量損失。 SeP2/C 的優(yōu)異電化學(xué)性能使其在先進(jìn)LIBs和SIBs的應(yīng)用中具有巨大的潛力。 以上結(jié)論來自于 Lin C, Ouyang L, R Hu, et al. Synthesis of amorphous SeP2/C composite by plasma assisted ball milling for high-performance anode materials of lithium and sodium-ion batteries[J]. Progress in Natural Science: Materials International, 2021. |
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