当前位置 : X-MOL首页行业资讯 › 黑色TiO2-x@SnO2-x纳米管用于锂离子电池负极

黑色TiO2-x@SnO2-x纳米管用于锂离子电池负极

随着电动汽车的普及,人们迫切需要开发出具有高能量密度、高倍率性能和长循环寿命的锂离子电池(LIBs)。二氧化锡(SnO2)的理论比容量约为790 mA•h•g-1,是商业石墨负极的两倍,且生产成本低,与电解液反应程度较低,具有较高的安全性,是LIBs负极的理想候选者之一。然而,SnO2在与Li+嵌入与脱嵌的反应中存在较大的体积变化,难以形成稳定的固态电解质膜(SEI),加之本身的电导率不佳,难以直接作为电池负极材料使用。


清华大学化工系谢续明教授(点击查看介绍)课题组长期从事多组分纳米材料调控与自组装的研究,并将其应用于超级电容器和锂离子电池,取得了一系列的重要成果(J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 7070; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 9141; Nano Energy, 2016, 30, 347; Nano Research, 2016, 9, 2057; Nat. Commun., 2015, 6, 10310; Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 3341)。在此基础上,最近,他们与北京化工大学刘一涛副教授合作,通过结构设计和组装极大改善了SnO2负极材料的循环和倍率性能。如图1所示,针对SnO2体积膨胀的问题,作者首先通过牺牲模板法制备了TiO2@SnO2纳米管,SnO2中空的纳米管结构为体积膨胀预留了空间,并作为主要活性材料提供了容量;其次,利用TiO2结构的稳定性和高度的电化学反应可逆性,他们将TiO2包覆于SnO2表面,壳层TiO2限制了SnO2的向外膨胀,有利于稳定SEI膜的形成。针对SnO2和TiO2导电率不佳的问题,作者采用NaBH4共还原的方法,夺取了SnO2和TiO2中的部分氧,制造了更多的氧空位,还原后导电率得到上千倍的提升(图2),有利于Li+的快速传输。

图1. TiO2-x@SnO2-x纳米管的制备


图2. TiO2@SnO2纳米管还原前后导电率的对比


基于上述设计,核层的SnO2-x与壳层的TiO2-x发挥了协同作用,SnO2-x@TiO2-x纳米管取得了比SnO2@TiO2纳米管更为优异的电化学性能(图3)。在1000 mA•g-1的电流密度下循环1000次的比容量为701 mA•h•g-1,比SnO2@TiO2纳米管的416 mA•h•g-1提高了近68.5%。当电流密度增大到3000 mA•g-1,其比容量仍保持在587 mA•h•g-1,有望成为下一代具有长循环寿命和快充性能的电池负极材料。

图3. TiO2-x@SnO2-x纳米管半电池的性能


这一成果近期发表在Chemical Communications 上,文章的第一作者是清华大学的博士研究生周正伟潘龙


该论文作者为:Zheng-Wei Zhou, Long Pan, Yi-Tao Liu, Xiao-Dong Zhu, Xu-Ming Xie

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Elaborate synthesis of black tin oxide–black titanium oxide core–shell nanotubes for ultrastable and fast lithium storage

Chem. Commun., 2018, 54, 4790, DOI: 10.1039/C8CC02040J


导师介绍


谢续明,清华大学化工系高分子所教授,博士生导师;1981年由国家公派去日本留学,1985年3月毕业于日本信州大学,1987和1990年3月先后在东京工业大学获硕士和博士学位;1990年4月起在日本昭和电工公司任研究员,1992年回国工作,1999年在清华大学化工系晋升为教授;1999、2001和2005年分别在日本东京工业大学、美国明尼苏达大学、日本中央大学从事访问教授研究;现任中国复合材料学会理事、纳米复合材料分会委员,中国机械工程学会材料分会副理事长、高分子材料专业委员会主任,中国化学会高分子学科委员会委员,中国材料研究学会高分子材料科学与工程分会常务委员以及《机械工程材料》杂志编委会副主任,Chinese Chemical Letters、Chinese Journal of Polymer Science、《功能高分子学报》、《高分子材料科学与工程》和《中国塑料》杂志编委;曾任《高分子学报》、Ineternational Journal of Polymer Science 等编委,国家自然科学基金委员会第十四届专家评审组专家。谢续明近来主要的研究领域是聚合物凝胶及可穿戴柔性器件、聚合物纳米结构和材料及其在储能领域的应用、聚合物多组分体系和反应共混以及聚合物表界面;在国内外期刊上发表论文220多篇,其中SCI收录的约200篇;获日本学术振兴会(JSPS)访问学者基金、美国明尼苏达大学化工与材料系杰出访问教授以及ELSEVIER出版机构颁发的“Polymer”杂志第一届“Feng Xingde Polymer Prize”等。


谢续明

http://www.x-mol.com/university/faculty/21063

课题组链接

http://xiegroup.cn/index.html


如果篇首注明了授权来源,任何转载需获得来源方的许可!如果篇首未特别注明出处,本文版权属于 X-MOLx-mol.com ), 未经许可,谢绝转载!

阿拉丁
开学添书香,满额有好礼
加速出版服务
编辑润色服务全线九折优惠
传播分子、细胞和发育生物学领域的重大发现
环境管理资源效率浪费最小化
先进材料生物材料
聚焦分子细胞和生物体生物学
“转化老年科学”.正在征稿
化学工程
wiley你是哪种学术人格
细胞生物学
100+材料学期刊
人工智能新刊
图书出版流程
征集眼内治疗给药新技术
英语语言编辑服务
快速找到合适的投稿机会
动态系统的数学与计算机建模
热点论文一站获取
定位全球科研英才
中国图象图形学学会合作刊
东北石油大学合作期刊
动物源性食品遗传学与育种
专业英语编辑服务
多次发布---上海中医药
武汉大学
美国伊利诺
德国
美国
中山大学
西湖大学
药物所
普渡大学
东方理工
ACS材料视界
down
wechat
bug