氮掺杂碳磷锂离子电池复合负极材料的制备及电化学性能

doi:10.7503/cjcu20190296

高等学校化学学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (11): 2360.doi: 10.7503/cjcu20190296

氮掺杂碳磷锂离子电池复合负极材料的制备及电化学性能

李向南^1,^2,^3,⁴,于明明^1,^2,⁵,范涌^1,²,王秋娴^4,⁵,张会双^1,^2,^3,⁴,杨书廷^1,^2,^3,^4,^5,^*()

^1. 河南师范大学物理学院, 新乡 453007
^2. 化学化工学院, 新乡 453007
^3. 动力电源及关键材料国家地方联合工程实验室, 新乡 453007
^4. 动力电源及关键材料河南省协同创新中心, 新乡 453007
^5. 河南电池研究院, 新乡 453007

收稿日期:2019-05-23 出版日期:2019-11-10 发布日期:2019-08-20
通讯作者: 杨书廷 E-mail:shutingyang@foxmail.com
基金资助:
河南省重点科技攻关项目(162102210070);新乡市科技发展计划项目(15GY03);河南师范大学大学生创新创业训练计划项目资助(20170202)

Study on Electrochemical Performances of N-doped P/C Composite as Anode Material of Lithium Ion Batteries ^†

LI Xiangnan^1,^2,^3,⁴,YU Mingming^1,^2,⁵,FAN Yong^1,²,WANG Qiuxian^4,⁵,ZHANG Huishuang^1,^2,^3,⁴,YANG Shuting^1,^2,^3,^4,^5,^*()

^1. School of Physics, Xinxiang 453007, China
^2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Xinxiang 453007, China
^3. National and Local Joint Engineering Laboratory of Motive Power and Key Materials, Xinxiang 453007, China
^4. Collaborative Innovation Center of Henan Province for Motive Power and Key Materials, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China
^5. Henan Battery Research Institute, Xinxiang 453007, China

Received:2019-05-23 Online:2019-11-10 Published:2019-08-20
Contact: YANG Shuting E-mail:shutingyang@foxmail.com
Supported by:
? Supported by the Key Scientific and Technological Project of Henan Province, China(162102210070);The Project of the Science and Technology Department of Xinxiang City, China(15GY03);The Student Innovation and Career Exploring Project of Henan Normal University, China(20170202)

摘要/Abstract

摘要：

以商业化的活性碳作为碳基体, 三聚氰胺作为氮源, 采用沉积法合成了N掺杂的碳磷复合材料. 材料的物性表征和电化学测试结果表明, 磷纳米球形颗粒均匀分散在氮掺杂的活性碳上, 有效增加了与电解液的接触面积, 同时P—C键的存在能稳定材料的结构, 当三聚氰胺的添加量为10%(质量分数)时, 氮掺杂的碳磷复合材料在室温及0.1C倍率首次充电比容量为2282.2 mA·h·g ^-1, 循环100次后充电比容量保持率为92.5%, 在5C倍率下首次充电比容量达到624.6 mA·h·g ^-1. 该复合材料在-10 ℃, 0.1C倍率下充电比容量为1128.2 mA·h·g ^-1, 在55 ℃, 0.1C倍率下首次充电比容量达到2060.5 mA·h·g ^-1, 表现出较好的电化学性能.

关键词: 红磷, 活性碳, N掺杂, 沉积法, 锂离子电池

Abstract:

Using commercial activated carbon as the carbon source and tripolycyanamide as nitrgon source, N doped P/C anode materials were directly synthesized by the deposition method. The results show that nano-red phosphorus uniformly distributes in pores of conductive carbon substrate when the amount of tripolycyannmide is 10%(mass fraction), which effectively increases the contact area with electrolyte. Typically, benefiting from that P—C bond could endow anode material with cycling and structure stability. The charge capacity of the CPN2 material is 2282.2 mA·h·g ^-1 at 0.1C and 25 ℃, and the reversible capacity is 92.5% after 100 cycles. At a rate of 0.1C, the specific capacity of CPN2 reaches 1128.2 mA·h·g ^-1 at -10 ℃ and 2060.5 mA·h·g ^-1 at 55 ℃, respectively.

Key words: Red phosphorus, Activated carbon, Nitrogen-doping, Deposition method, Lithium ion battery

中图分类号:

O646

TrendMD:

李向南,于明明,范涌,王秋娴,张会双,杨书廷. 氮掺杂碳磷锂离子电池复合负极材料的制备及电化学性能. 高等学校化学学报, 2019, 40(11): 2360.

LI Xiangnan,YU Mingming,FAN Yong,WANG Qiuxian,ZHANG Huishuang,YANG Shuting. Study on Electrochemical Performances of N-doped P/C Composite as Anode Material of Lithium Ion Batteries ^†. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(11): 2360.

图/表 7

Fig.1 XRD patterns of pure P(a) and CPN0(b), CPN1(c), CPN2(d), CPN3(e)(A) and TGA curve of CPN2(B)

Fig.2 SEM images of CPN0(A, A'), CPN1(B, B'), CPN2(C, C') and CPN3(D, D')

Fig.3 SEM images(A, D, H) and EDS element mappings images(B, C, E—G, I—L) of AC(A—C), CN2(D—G) and CPN2(H—L) (B, E, I) C mapping; (C, F, J) O mapping; (G, K) N mapping; (L) P mapping.

Fig.4 XPS spectra and fitting results (A) XPS survey spectra of CPN0(a) and CPN2(b); (B) P2p spectra of CPN0(a) and CPN2(b); (C) N1s spectra of CPN2.

Fig.5 Cycling performances(A) and the first cycle charge-discharge curves(B) of CPN0, CPN1, CPN2 and CPN3 assembled cells at 0.1C(B)

Fig.6 Cycling performance of CPN2-assembled cell at high(A) and low(B) temperature and at different rates(C) and AC impedance spectra and the equivalent circuit diagram(inset) for CPN0 and CPN2 assembled cells at different temperature after 10 cycles(D)

Fig.7 CV profiles of CPN2-assembled cell at various scan rates from 0.4—0.8 mV/s(A) and capacitive charge storage contributions at a scan rate of 0.4 mV/s(B)

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Study on Electrochemical Performances of N-doped P/C Composite as Anode Material of Lithium Ion Batteries ^†

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