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劉金云、黃家銳教授課題組在鋰電池石墨烯復合電極材料取得系列進展

作者: 孫健     發布時間: 2018-12-04 點擊數:

作為鋰離子電池的核心,負極活性材料要求具有高容量高庫倫效率;正極則應具備高電導率高工作電壓平臺。三維石墨烯為研發上述高性能正負極材料提供了機遇,其提供高效率的電子輸運路徑、充足的負極材料體積變化空間、適宜的活性材料分散性等,因此備受關注。然而,原子尺度下的脫/嵌鋰動態過程、普適性的復合材料制備技術、以及電子輸運路線與增強機制尚未清晰。

劉金云、黃家銳課題組針對上述瓶頸問題,開展深入研究,以金屬Sn/石墨烯復合負極為例,創新性地設計了石墨烯/Sn/碳質材料雙巢復合結構,既實現了高容量Sn金屬的納米化,又為其提供充放電體積變化的緩沖空間,促進其表面形成穩定的固態電解質界面膜,大大提高庫倫效率(接近100%)和容量穩定性。原位透射電鏡技術更是直接證實了充放電的結構變化,表明活性材料本身的大幅體積變化并不影響整體電極的結構完整性。正極方面,以研制Li3V2(PO4)3/石墨烯復合正極為例,發現復合材料在4.3-3.0 V4.8-3.0 V兩個電壓范圍內都展現出高能量密度和穩定性。0.5 C條件下在4.3-3.0 V電壓范圍內500次循環的電極能量密度依然保持370 Wh/kg以上;在低溫?5 °C條件下,復合材料也具備高容量保持率。此外,NiMn2O4NiCo2O4/石墨烯復合材料也表現出高的容量與穩定性,進一步驗證了普適性合成方法的可行性和三維復合結構設計的適用性。相關研究結果發表在Chemical Communiction201753, 13125-13128 (入選背封面論文); Journal of Power Sources2018378, 677-684; Journal of Alloys and Compounds2018739, 837-847; 2018, doi: 10.1016/j.jallcom.2018.01.097

上述工作主要分別由亚博APP亞博APP研究生林夕蓉和王偉同學在劉金云、黃家銳教授指導下完成。亞博APP為第一作者單位、通訊作者單位;同時研究工作也得到上海交通大學與美國威斯康辛大學老師的合作與協助。研究工作得到了國家自然科學基金、裝備預研教育部聯合基金青年人才基金等項目的支持

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