无模板合成Sb2S3空心微球:高性能锂电/钠电负极材料

​内容简介 

    Sb2S3是一种高度各向异性的层状结构半导体材料,同时具有优越的储锂/储钠能力,其理论比容量高达947 mAh/g,被认为是未来高性能锂电池/钠电池的潜在负极材料之一。构筑Sb2S3材料的三维分级结构,以提高电极/电解液的接触面积、缩短电子与Li+/Na+的传输路径、缓冲循环过程中的体积变化,从而有效提高Sb2S3的电化学性能,近来受到研究人员的广泛关注。

湘潭大学刘黎等人利用简单实用的方法,以SbCl3和L-半胱氨酸为原料合成了一种具有三维分级结构的Sb2S3空心微球。电化学测试表明,作为锂电负极材料,这种Sb2S3在200 mA/g充放电循环50次后放电容量为674 mAh/g。相同条件下,作为钠电负极材料,放电容量为384 mAh/g。分析表明,其优异的储锂/储钠性能与这种空心微球的纳米尺寸和三维分级结构有关,而优异的循环稳定性主要归因于中空结构能有效缓解体积变化产生的应力。

文章发表于Nano-Micro Letters期刊2018年第10卷第1期,详情请阅读全文,可免费浏览下载。本文也在微信(nanomicroletters)、微博(纳微快报NML)、科学网博客、Facebook、Twitter等期刊新媒体推出,请大家多关注阅读。早期的微信推文请关注网站(http://nmsci.cn)。

文章题目:Template-Free Synthesis of Sb2S3 Hollow Microspheres as Anode Materials for Lithium-Ion and Sodium-Ion Batteries

关键词:Sb2S3,空心微球,负极材料,锂离子电池,储钠性能

引用信息:Xie, J., Liu, L., Xia, J. et al. Nano-Micro Lett. (2018) 10: 12.

https://doi.org/10.1007/s40820-017-0165-1

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图文导读

 图1:不同温度下制备的Sb2S3的XRD谱图 a)120度, b)150度, c) 180度。

XRD显示:Sb2S3-120的衍射峰可以索引为斜方Sb2S3-120相(PDF 42-1393,空间群:Pbnm)和单斜Sb8O11Cl2相(PDF 77-1583,空间群:C2m);Sb2S3-150和Sb2S3-180衍射峰与斜方Sb2S3标准衍射谱图一致,未出现杂质峰,峰形尖锐,表明这两个样品结晶性良好。

图2:Sb2S3三个样品的表征  a-f)FIB-SEM图像。g-i)TEM图像。

图像显示:Sb2S3-120由许多直径为80-100 nm的纳米线组成(图2a,d,g),Sb2S3-150为直径2-3 μm的微球(图2b,e,h),通过解剖一个随机选择的粒子发现其为纳米线组成的三维中空微球,而Sb2S3-180显示粗糙的实心球(图2c,f,i),由此可见,反应温度对材料的形貌有明显的影响。

图3:Sb2S3-150表征  a)TEM图像。b)a的HRTEM图像。c)FFT谱图。d)EDS图像。

TEM显示(图3a):Sb2S3-150微球具有中空的内部结构。HRTEM显示(图3b):清晰的晶格条纹表明相邻格之间的间距为0.37和0.56 nm,分别对应于斜方Sb2S3(空间群:Pbnm)的(101)和(200)晶面。FFT显示(图3c)与HRTEM一致。这些都与XRD结果一致。EDS图(图3d):证明样品是由Sb和S元素组成,进一步证实Sb2S3-150是斜方晶系Sb2S3(空间群:Pbnm)。

图4:Sb2S3电极优良的储锂性能表征 a)0.1 mV/s的扫速时,Sb2S3-150电极的前三个周期的循环伏安曲线。b)在50到5000 mA/g电流密度下,Sb2S3-120, Sb2S3-150和 Sb2S3-180电极的倍率性能。c)在50到5000 mA/g电流密度下,Sb2S3-150电极的充放电曲线。d)不同电流密度下,Sb2S3-120,Sb2S3-150和Sb2S3-180电极的循环性能。e)电流密度为200 mA/g时 Sb2S3-150的充放电曲线。f)电流密度为1000 mA/g时,Sb2S3-120,Sb2S3-150和Sb2S3-180电极的循环性能。g)开路电压时Sb2S3-120,Sb2S3-150和Sb2S3-180电极的三维Nyquist曲线。h)电流密度为500 mA/g时,50次循环后的Sb2S3-120,Sb2S3-150和Sb2S3-180电极的三维Nyquist曲线。i)等效电路模型

图5:Sb2S3电极优良的储钠性能表征 a)扫描速度为0.1 mV/s时,Sb2S3-150电极前三个周期的循环伏安曲线。b)在50到5000 mA/g电流密度下,Sb2S3-120,Sb2S3-150和Sb2S3-180电极的倍率性能。c)电流密度为200 mA/g时,Sb2S3-120,Sb2S3-150和Sb2S3-180电极的循环性能。d)在200 mA/g的电流密度下,Sb2S3-150 电极在前五个周期的充放电曲线。e)开路电压时Sb2S3-120,Sb2S3-150和Sb2S3-180电极的三维Nyquist曲线。f)电流密度为500 mA/g时,50次循环后的Sb2S3-120,Sb2S3-150和Sb2S3-180电极的三维Nyquist曲线。(插图是等效电路模型)

通讯作者简介


个人简历
  • 2009年7月—至今  湘潭大学化学学院   教师
  • 2015年10月—2016年7月   美国华盛顿大学  访问学者
  • 2013年3月—2014年3月   韩国汉阳大学   博士后
  • 2010年1月—2012年1月   湘潭大学材料科学与工程博士后流动站   博士后
  • 2006年9月—2009年7月   南开大学化学学院材料物理与化学专业  博士
  • 2003年9月—2006年7月   湘潭大学化学学院物理化学专业   硕士
  • 1999年9月—2003年7月   湘潭大学化学学院化学系   本科

主要研究领域

  • 电化学
  • 新能源材料
  • 绿色电源

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Nano-Micro Letters 是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在 Springer 平台开放获取(open-access)出版。已被 SCI、Ei、SCOPUS、DOAJ、知网、万方等数据库收录,影响因子4.849。JCR学科分区在材料学科和物理学科均居Q1区。近年来,该刊入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”和“上海市高水平高校学术期刊支持计划”项目资助,多次获得“中国最具国际影响力学术期刊”、 “高校百佳科技期刊奖”、“上海市高校精品期刊奖”、“优秀期刊网站奖”等荣誉。

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