NML综述 | 核-壳纳米结构:高性能锂/钠离子电池负极材料

【引言】
锂离子电池(LIBs)钠离子电池(SIBs)是应用和研究最广泛的储能系统。通过对电极材料的结构和成分的优化与调控是提高LIBs和SIBs电化学性能最重要的途径之一。核–壳(Yolk-shell)纳米结构具有特殊的缓冲空间,大表面积和短扩散距离等特点,可有效避免负极材料的体积膨胀和团聚问题,因此在增强储锂或储钠性能方面具有很好的应用前景。

本文亮点

1   总结了近年来核–壳(Yolk-shell,Y-S)纳米结构负极材料的开发,及其在增强LIBs和SIBs电化学性能方面的作用。

2    总结了形状和组分可控的各种新颖球状、多面体结构、棒状Y-S纳米结构的开发研究进展。

3    详细讨论了这些新颖Y-S纳米结构对LIBs和SIBs电化学性能的强化作用。


内容简介
电子科技大学王志明教授等人总结了结构和成分可控的各种新型球形、多面体形、棒状Y-S结构的研究进展。详细讨论了基于这些新颖Y-S结构的负极材料在提高LIBs和SIBs电化学性能方面的应用和强化机制,并展望了今后的研究方向。

图文导读

1  核-壳纳米结构的开发

中空核-壳(YS)结构在药物递送,传感器,催化剂,LIBs和SIBs方面的应用引起了广泛关注。与紧密接触的核/壳结构不同,典型的球形YS结构类似于青蛙内部的空洞结构,为核提供可移动空间。

在用作LIBs和SIBs负极材料时,YS结构材料由于其特殊的缓冲空间,大表面积和扩散距离短等许多优点而具有改善电化学性能的特性。YS结构材料的空隙空间可以解决体积膨胀的问题并且避免在充电/放电过程中的团聚问题。

YS结构材料首次由Hyeon等人通过二氧化硅模板法合成。YS结构的初步研究集中在球形结构。随着不同合成方法的发展,如选择性蚀刻,自模板法,奥斯特瓦尔德熟化和柯肯德尔效应,可制备出各种类型的YS结构。

2  多面体形核-壳纳米结构

YS多面体可以分为五面体,六面体,八面体和十二面体。

Liu等人成功合成了Fe3O4@C 核壳纳米六面体。聚多巴胺(PDA)包裹了尺寸为530 nm的Fe2O3纳米立方体。煅烧后,由于奥斯特瓦尔德熟化效应,Fe2O3@PDA变为Fe3O4@C并在核和壳之间产生内部空隙空间。蚀刻后,空隙空间扩大。

3   核-壳纳米结构与LIBs电化学性能
Zhang等人成功合成了具有15-35nm可调壳的Sn@C核壳结构纳米盒以调整空隙空间。紧贴在纳米盒C壳上的Sn球核提供了空隙空间和核壳之间的较大的接触面积。由于接触面积较大,自然接触可提供较高的电子和离子传输途径。足够的空隙空间可以满足体积膨胀。Liang等人设计了一种由纳米线组装的海胆状Bi2S3核壳结构。与典型的单一球形核壳结构相比,海胆状核壳结构具有更多的表面积和与壳相连的接触点,可以保证较高的离子运输。与此同时,海胆状核壳结构的分支则保证了在有限空间中的体积膨胀。


作者简介

主要研究方向:

化合物半导体纳米材料分子束外延生长和表征,光电原型器件设计和制备。

课题组主页:http://icam.uestc.edu.cn/members/director/


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