NML研究文章|锂电负极材料:三维MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料

Metal–Oleate Complex–Derived Bimetallic Oxides Nanoparticles Encapsulated in 3D Graphene Networks as Anodes for Efficient Lithium Storage with Pseudocapacitance

Yingying Cao, Kaiming Geng, Hongbo Geng*, Huixiang Ang, Jie Pei, Yayuan Liu, Xueqin Cao, Junwei Zheng, Hongwei Gu*

Nano-Micro Lett. (2019) 11: 15

https://doi.org/10.1007/s40820-019-0247-3

    本文亮点     

1  通过简单的方法制备金属-油酸络合物衍生的双金属氧化物纳米颗粒,并封装在三维石墨烯网络中。

2  独特的多孔结构促进了电荷转移,从而提高了锂离子电池的可逆容量。

0D纳米颗粒与3D石墨烯网络之间的协同效应在提高锂电的电化学性能中起着重要作用。

         内容简介         

锂离子电池因其体积小,循环寿命长,比容量大,安全性好等优点广泛应用于各种领域。

与传统的锂离子电池负极材料石墨相比,过渡金属氧化物可以提供更高的理论比容量。然而,由于过渡金属氧化物在充放电过程中体积膨胀引起的结构变化,阻碍了其作为锂离子电池负极材料的实际应用。

双金属氧化物由于两种金属在锂离子嵌入/脱嵌过程中的互补作用,可以有效提高负极的导电性从而改善锂离子电池的电化学性能。除此以外,三维石墨烯网络不仅可以促进锂离子和电子的传输,还可以缓冲负极较大的体积变化,实现良好的循环稳定性能。

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苏州大学顾宏伟教授和广东工业大学耿洪波副教授利用简便的方法制备出MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料。其中双金属氧化物纳米颗粒由石墨烯片组成的三维导电网络均匀包裹。

MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料作为锂离子电池负极材料具有结构和组成的优势,包括改善导电性,减少锂离子的扩散长度,减小体积变化,以及增加电化学反应活性位点的数量

最终其表现出优异的电化学性能,例如稳定的循环性能(在0.1 A/g电流密度下循环150次具有921 mAh/g的高放电比容量)和良好的倍率性能(在5 A/g电流密度时保持515 mAh/g的放电比容量)。

      图文导读     

MnO/CoMn2O4GN复合材料的制备

通过简单的离子交换反应得到金属-油酸络合物,分解后得到双金属氧化物纳米材料,与石墨烯一起水热自组装制备出MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料

图1 MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料合成方法示意图。

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MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料的储锂性能

在EIS曲线中,MnO/CoMn2O4⊂GN电极材料在高频下具有较小的凹陷半圆直径,说明在充电和放电过程中MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料的电荷转移阻抗较小,具有改善的电极反应动力学和更好的循环性能。

图4 纯相CoMn2O4和MnO/CoMn2O4⊂GN复合材料的电化学阻抗谱图。

作者简介

顾宏伟

(本文通讯作者)

特聘教授、博士生导师

苏州大学材料与化学化工学部

主要研究方向:纳米材料的化学合成及应用

顾宏伟教授的研究领域集中在新型纳米结构材料的合成纳米生物材料及纳米催化应用,并取得了令人瞩目的成绩。

其研究成果结果发表在《Nano Letters》(IF:12.080),《Journal of the American Chemical Society》(IF:14.357)等国际权威期刊上。

E-mail: hongwei@suda.edu.cn

  • 1998年 南京大学基础学科教学强化部 学士学位
  • 2001年 南京大学化学化工学院 硕士学位
  • 2004年 香港科技大学 博士学位
  • 2004年9月-2004年12月 香港科技大学化学系 研究助理
  • 2004年12月-2006年11月 美国麻省理工学院化学系和麻省理工学院士兵纳米

    科技研究所 博士后

  • 2007年 新加坡生物工程和纳米技术研究所 高级研究科学家、课题组长
  • 2008年 苏州大学材料与化学化工学部特聘教授
  • 现任 苏州大学材料与化学化工学部应用化学研究所 副所长

耿洪波

(本文通讯作者)

副教授,硕士生导师

广东工业大学“青年百人计划”A类引进人才

广东工业大学轻工化工学院

2017年博士毕业于苏州大学高分子化学与物理专业;博士期间获国家留学基金委资助作为联合培养博士于2015年10月至2016年10月在新加坡南洋理工大学材料系学习。

主要从事新型电化学储能与电催化的研究工作,目前以第一作者、通讯作者在ACS Nano, Small, Nanoscale, Journal of Power Sources等期刊发表高水平学术论文21篇,共发表论文41篇。

Email:hbgeng@gdut.edu.cn

曹莹莹

(本文第一作者)

硕士研究生

苏州大学材料与化学化工学部

主要研究方向:锂离子电池负极材料

 

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E-mail:editorial_office@nmletters.org

Tel:86-21-34207624

 

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