聚乙烯吡咯烷酮穩(wěn)定鋰離子電池的合成

按語(yǔ)

這篇由西安交通大學(xué)可再生能源納米材料中心的研究學(xué)者完成，討論聚乙烯吡咯烷酮穩(wěn)定鋰離子電池的合成的論文，發(fā)表在英文核心期刊《電化學(xué)學(xué)報(bào)》上。

近年來(lái)，微波化學(xué)儀器用于材料合成的研究工作已經(jīng)成為科學(xué)研究的熱門方向，特別在儲(chǔ)能材料的合成研究上，成果顯著，受到廣大學(xué)者的極大關(guān)注！

摘要

表面曝光工程、非化學(xué)計(jì)量缺陷和形貌是影響SnO2性能的關(guān)鍵參數(shù)。開(kāi)發(fā)能夠在整體控制所有這些變量以提高物理化學(xué)性能的合成程序是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。本文報(bào)道了一種由摻雜Sn2和可控制暴露{101}面的單晶非化學(xué)計(jì)量的三維層次結(jié)構(gòu)的SnO_2(即SnO_2-δ)納米片的簡(jiǎn)易微波水熱法。

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為封蓋劑，通過(guò)引入高濃度的NaOH，使超薄和超大型SnO2-δ納米片得以穩(wěn)定，避免其在高堿性環(huán)境中溶解，從而形成具有優(yōu)先生長(zhǎng)面(121)和優(yōu)勢(shì)反應(yīng)面{101}表面的納米片狀形貌。用XRD、SEM、TEM、FTIR、XPS和Mssbauer譜分析了SnO2-δ的結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)SnO2-δ含有17at%的Sn2摻雜。

與化學(xué)計(jì)量的SnO_2相比，這些非化學(xué)計(jì)量的SnO_2-δ層狀結(jié)構(gòu)與化學(xué)計(jì)量的SnO_2相比，表現(xiàn)出優(yōu)越的鋰存儲(chǔ)性能，這是因?yàn)樗怯纱蟊缺砻娣e(82m2/g)的柔性超薄納米片和碳涂層組成的開(kāi)放式分層結(jié)構(gòu)，避免了團(tuán)聚，并提供了便利電解質(zhì)和鋰離子擴(kuò)散的多孔通道。

詳情

結(jié)論

本文證明了用微波水熱法制備具有暴露{101}面的非化學(xué)計(jì)量的SnO_2-δ納米片非常容易，其中SnCl_2。2H2O為錫源，Sn2為摻雜劑，PVP為封端劑，在高堿性水溶液中穩(wěn)定制備的SnO2-δ納米片。更重要的是，NaOH起到了導(dǎo)向劑的作用，與PVP一起促進(jìn)了(121)面擇優(yōu)晶體的生長(zhǎng)，從而使單晶SnO2-δ納米片中以{101}為主的表面暴露。

Mssbauer譜顯示存在大量的Sn2(17at%)，F(xiàn)TIR和XPS分析表明PVP及其衍生物在微波輻射下的水熱反應(yīng)中發(fā)生了碳化反應(yīng)。當(dāng)用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，用碳化PVP(黃色)或碳涂層(黑色)包覆的非化學(xué)計(jì)量的SnO2-δ具有增強(qiáng)的鋰存儲(chǔ)性能，這是由于Sn2自摻雜、碳化-PVP(或碳)蓋層的協(xié)同作用，以及由超薄、柔性納米片組成的獨(dú)特的分層結(jié)構(gòu)所致。

更重要的是，具有開(kāi)放孔結(jié)構(gòu)、大比表面積和定向排列的三維層狀納米結(jié)構(gòu)不僅有利于電解質(zhì)和鋰離子的擴(kuò)散，而且能保持電極的結(jié)構(gòu)完整性。根據(jù)我們最好的知識(shí)，所開(kāi)發(fā)的合成策略是第一個(gè)允許與Sn2同時(shí)自摻雜的SnO2反應(yīng){101}面曝光的策略，這對(duì)于研究氣體傳感、催化和光電學(xué)領(lǐng)域中依賴于面和缺陷的物理化學(xué)性質(zhì)是很有希望的。

祥鵠儀器在本論文中的應(yīng)用

微波水熱平行合成儀(XH-800S，北京祥鵠科技發(fā)展有限公司)用于材料的制備，并利用800S多位平行的功能，進(jìn)行了平行實(shí)驗(yàn)，以了解具有{101}面的非化學(xué)計(jì)量的SnO2-δ納米片的形成機(jī)理。