NiCo2O4双壳层空心球: 高性能钠离子电池正极材料

内容简介 

NiCo2O4 是一种尖晶石型三元过渡金属氧化物,具有较高的理论存储容量(890 mAhg-1)以及优异的电导率(比一元Co、Ni氧化物高两个数量级),是近年来受到广泛关注的一种锂/钠电池正极材料。同其他正极材料一样,NiCo2O4正极材料在实际应用中也受到吸钠/脱钠反应动力学缓慢, 以及充放电过程中大体积膨胀等问题。

四川大学储伟教授和周艳萍副研究员等人提出一种微波辅助、快速溶剂(异丙醇和甘油)热处理+退火的方法,制备出大量NiCo2O4双层壳空心微球。其中,异丙醇有利于Ni和Co的析出,甘油类乳液在热处理过程中的收缩是双层壳纳米结构形成的主要原因。作为钠离子电池正极,这种纳米结构材料在100 mA/g下的可逆比容量高达511mAh/g。

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:Microwave-Assisted Synthesis of NiCo2O4 Double-Shelled Hollow Spheres for High-Performance Sodium Ion Batteries

关键词:NiCo2O4,双壳空心微球,微波,钠离子电池

引用信息:Zhang, X., Zhou, Y., Luo, B.et al. Nano-Micro Lett. (2018) 10: 13. https://doi.org/10.1007/s40820-017-0164-2

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图文导读

图1:NiCo2O4 双壳层空心球结构形成示意图

图2:微波溶剂热处理后 NiCo DH-甘油混合物表征  a)XRD图像。b)FESEM图像。c)TEM图像。

XRD显示(图 2a):NiCo DH-甘油混合物的前驱体没有明显的X射线衍射峰,说明NiCo DH是一种无定型的形态。这可能是由于微波加热反应时间较短造成的(30min),而传统的加热方法通常需要6h。FESEM和TEM显示(图 2b, c):NiCo DH-甘油材料是一种分散良好的固态球状结构,其尺寸约为500nm。

图3:NiCo2O双壳空心球表征  a)XRD图像。b,c)FESE 图像。d,e)TEM图像。f)SAED图像。

XRD显示(图 3a):该中空球为尖晶石状的 NiCo2O4。FESEM显示(图 3b, c):中空球直径在300-400nm之间,尺寸略小于其前驱体,说明煅烧过程中发生了收缩。TEM图(图 3d):可明显观察到双壳层结构,外壳厚度约20nm,内壳厚度约70nm。选区电子衍射(SAED)(图 3f)显示:该中空球为多晶态,衍射环对应了尖晶石NiCo2O的晶面。

图4:未经甘油处理的样品表征  a)FESEM 图像。b)TEM 图像。

为了确认甘油在中空结构形成过程中的作用,该设计了一个控制实验,使用异丙醇替代甘油进行反应。煅烧以后,形成了直径约为 1 μm 的固体球(图 4),说明甘油在中空双壳层结构形成和抑制 NiCo DH 团聚成大尺寸微球中具有至关重要。

图5:以合成 NiCo2O双壳层空心球为阳极的钠离子电池的电化学性能表征  a)合成产物在 0.2 mVs−1 扫描速度下的电流-电势曲线。b)合成产物在电流密度为 100 mAg−1的充放电电压分布。c)合成产物在不同电流密度下(0.01—3V)的比容量。d)合成产物电流密度为100mAg−1时的循环稳定性。

通讯作者简介

个人简历

  • 2001-至今 四川大学化工学院教授,博士生导师
  • 1995-2001 年中国科学院中科院成都有机化学所研究员
  • 1992-1994年 中国科学院大连化物所博士后,晋升副研究员
  • 1991年毕业于法国Strasbourg大学攻博 获博士学位
  • 1987年毕业于法国Lyon大学 获硕士学位
  • 1984年毕业于南京大学 获学士学位

主要研究领域

  • 纳米功能材料和能源材料
  • 二氧化碳的捕集利用和封存(CCUS)
  • 能源化工催化和有机催化
  • 特殊场技术和等离子体化工

    个人简历

    • 2016年7月—至今 四川大学电子信息学院特聘副研究员
    • 2016年3月—6月 新加坡南洋理工大学材料学院博士后
    • 2016年2月毕业于新加坡南洋理工大学 获材料工程博士学位
    • 2011年毕业于中国科学院生态环境研究中心 获环境科学硕士学位
    • 2008年毕业于西安交通大学 获环境工程学士学位

    主要研究领域

    • 电磁场与微波技术
    • 微波化学

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    期刊简介

    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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