含羟基磷灰石纳米线复合夹层的高性能锂硫电池

doi:10.7503/cjcu20200012

高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (8): 1866.doi: 10.7503/cjcu20200012

含羟基磷灰石纳米线复合夹层的高性能锂硫电池

李锐, 孙晓刚, 邹婧怡, 何强

南昌大学机电工程学院, 南昌 330031

收稿日期:2020-01-09 出版日期:2020-08-10 发布日期:2020-07-31
通讯作者: 孙晓刚,男,博士,教授,主要从事碳纳米管和锂离子电池研究.E-mail:xiaogangsun@163.com E-mail:xiaogangsun@163.com
基金资助:
江西省高等学校科技落地计划项目（批准号：KJLD3006）资助.

High Performance Lithium-sulfur Battery with Hydroxyapatite Nanowire Composite Interlayer

LI Rui, SUN Xiaogang, ZOU Jingyi, HE Qiang

School of Mechantronics Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031, China

Received:2020-01-09 Online:2020-08-10 Published:2020-07-31
Supported by:
Supported by the Fund of Science & Technology Transformation Program for Universities in Jiangxi Province, China(No.KJLD13006).

摘要/Abstract

摘要： 通过水热合成法制备羟基磷灰石[Ca₅（PO₄）₃（OH）]纳米线（HN），并与多壁碳纳米管（MWCNTs）导电纸形成层次交联的新型羟基磷灰石纳米线复合（HN/CNT）夹层.利用扫描电子显微电镜、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和紫外-可见光谱（UV-Vis）等对材料的形貌与结构进行表征.电化学测试结果表明，含HN/CNT夹层的锂硫电池在1C倍率下循环200次后放电比容量仍保持在871 mA · h/g，每次循环衰减率仅为0.031%.

关键词: 锂硫电池, 穿梭效应, 羟基磷灰石, 碳纳米管, 夹层

Abstract: Hydroxyapatite[Ca₅(PO₄)₃(OH)] nanowires were prepared by hydrothermal synthesis, and were combined as a polysulfide absorbent with multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs) interlayer to form a hierarchically cross-linked hydroxyphosphate nanowire composite(HN/CNT) interlayer. This layer was characterized by scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)and ultraviolet-visible spectroscopy(UV-Vis). The results of electrochemical tests show that the Li-S battery with HN/CNT interlayer has a specific discharge capacity of 871 mA·h/g after 200 cycles at 1C, and the fading rate is only 0.031% per cycle.

Key words: Li-S battery, Shuttle effect, Hydroxyapatite, Carbon nanotube, Interlayer

中图分类号:

O646

TrendMD:

李锐, 孙晓刚, 邹婧怡, 何强. 含羟基磷灰石纳米线复合夹层的高性能锂硫电池. 高等学校化学学报, 2020, 41(8): 1866.

LI Rui, SUN Xiaogang, ZOU Jingyi, HE Qiang. High Performance Lithium-sulfur Battery with Hydroxyapatite Nanowire Composite Interlayer. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(8): 1866.

参考文献 35

[1]	Zhang Y. C., Chen Y. M., Cheng Y. F., Fan Q. L., Zhao H. J., Shao H. Y., Lai Y. Q., ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11(41), 37726-37731
[2]	Luo L. Y., Qin X. Y., Wu J. X., Liang G. M., Li Q., Liu M., Kang F. Y., Chen G. H., Li B. H., J. Mater. Chem. A, 2018, 6(18), 8612-8619
[3]	Ke X., Cheng Y. F., Liu J., Wang N. G., Liu J. P., Zhi C. Y., Shi Z. C., ACS Appl. Mater. Inter., 2018, 10(16), 13552-13561
[4]	Cheng Y. F., Ke X., Chen Y. M., Huang X. Y., Shi Z. C., Guo Z. P., Nano Energy, 2019, 63, 103854
[5]	Zhang A. Y., Fang X., Shen C. F., Liu Y. H., Seo I. G., Ma Y. Q., Chen L., Cottingham P., Zhou C. W., Nano Res., 2018, 11(6), 3340-3352
[6]	Tang H., Yao S. S., Xue S. K., Liu M. Q., Chen L. L., Jing M. X., Shen X. Q., Li T. B., Xiao K. S., Qin S. B., Electrochim. Acta, 2018, 263, 158-167
[7]	Huang X. Y., Liu J., Huang Z. X., Ke X., Liu L. Y., Wang N. G., Liu J. P., Guo Z. P., Electrochim. Acta, 2020, 333, 135493
[8]	Wu L. N., Peng J., Han F. M., Sun Y. K., Sheng T., Li Y. Y., Zhou Y., Huang L., Li J. T., Sun S. G., J. Mater. Chem. A, 2020, 8(8), 4300-4307
[9]	Hofmann A. F., Fronczek D. N., Bessler W. G., J. Power Sources, 2014, 259(259), 300-310
[10]	Li J. T., Wu J. H., Zhang T, Huang L., Acta Phys. Chim. Sin., 2017, 33(5), 968-975
[11]	Li C., Zhang P., Dai J. H., Shen X., Peng Y. Y., Zhang Y. Y., Zhao J. B., ChemElectroChem, 2017, 4(6), 1535-1543
[12]	Luo L. Y., Qin X. Y., Wu J. X., Liang G. M., Li Q., Liu M., Kang F. Y., Chen G. H., Li B. H., J. Mater. Chem. A, 2018, 6(18), 8612-8619
[13]	Liu N. Q., Ai F., Wang W. K., Shao H. Y., Zhang H., Wang A. B., Xu Z. C., Huang Y. Q., Electrochim. Acta, 2016, 8(83), 163-170
[14]	Li H., Wu D. B., Wu J., Dong L. Y., Zhu Y. J., Hu X. L., Adv. Mater., 2017, 29(44), 1703548
[15]	Sun T. W., Zhu Y. J., J. Inorg. Mater., 2020, 35(6), 724-728
[16]	Su Y. S., Manthiram A., Chem. Commun., 2012, 48(70), 8817-8819
[17]	Zhao M. Q., Zhang Q., Huang J. Q., Tian G. L., Nie J. Q., Peng H. J., Wei F., Nat. Commun., 2014, 5(5), 3410
[18]	Hu N. N., Lv X. S., Dai Y., Fan L. L., Xiong D. B., Li X. F., ACS Appl. Mater. Inter., 2018, 10(22), 18665-18674
[19]	Hencz L., Chen H., Ling H. Y., Wang Y. Z., Lai C., Zhao H. J., Zhang S. Q., Nano-micro Lett., 2019, 11(1), 1-44
[20]	Huang J. Q., Xu Z. L., Abouali S., Garakani M. A., Kim J. K., Carbon, 2016, 99, 624-632
[21]	Salem H. A., Babu G., Rao C. V., Arava L. M. R., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137(36), 11542-11545
[22]	Zu C., Manthiram A., Adv. Energy Mater., 2013, 3(8), 1008-1012
[23]	Xiao Z. B., Yang Z., Wang L., Nie H. G., Zhong M. E., Lai Q. Q., Xu X. J., Zhang L. J., Huang S. M., Adv. Mater., 2015, 27(18), 2891-2898
[24]	Zhou Z. B., Xu Y. H., Liu W. G., Niu L. B., J. Alloy. Compd., 2010, 493(1), 636-639
[25]	Cleland W. W., Biochemistry, 1964, 3(4), 480-482
[26]	Liang G. M., Wu J. X., Qin X. Y., Liu M., He Y. B., Kim J. K., Li B. H., Kang F. Y., ACS Appl. Mater. Inter., 2016, 8(35), 23105-23113
[27]	Li Y. J., Zhan H., Liu S. Q., Huang K. L., Zhou Y. H., J. Power Sources, 2010, 195(9), 2945-2949
[28]	Liu M. K., Yang Z. B., Sun H., Lai C., Zhao X. S., Peng H. S., Liu T. X., Nano Res., 2016, 9(12), 3735-3746
[29]	Wang R., Li X., Liu L, Lee J., Seo D. H., Bo S. H., Urban A., Ceder G., Electrochem. Commun., 2015, 60, 70-73
[30]	Bruce P. G., Freunberger S. A., Hardwick L. J., Tarascon J. M., Nat. Mater., 2012, 11(2), 172
[31]	Ji X., Nazar L. F., J. Mater. Chem., 2010, 20(44), 9821-9826
[32]	Zhou G. M., Li L., Ma C. Q., Wang S. G., Shi Y., Koratkar N., Ren W. C., Li F., Cheng H. M., Nano Energy, 2015, 11, 356-365
[33]	Zhou G. G., Li L., Wang D. W., Shan X. Y., Pei S. F., Li F., Cheng H. M., Adv. Mater., 2015, 27(4), 641-647
[34]	Xiong S. Z., Xie K., Hong X. B., Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(11), 2645-2649(熊仕昭, 谢凯, 洪晓斌. 高等学校化学学报, 2011, 32(11), 2645-2649)
[35]	Meng X. B., Gao Q. M., Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(8), 1715-1719(孟宪斌, 高秋明. 高等学校化学学报, 2014, 35(8), 1715-1719)

含羟基磷灰石纳米线复合夹层的高性能锂硫电池

High Performance Lithium-sulfur Battery with Hydroxyapatite Nanowire Composite Interlayer

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献 35

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	韩付超, 李福进, 陈良, 贺磊义, 姜玉南, 徐守冬, 张鼎, 其鲁. CoSe₂/C复合电催化材料修饰隔膜对高载量锂硫电池性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220163.
[2]	赵润瑶, 纪桂鹏, 刘志敏. 吡咯氮配位单原子铜催化剂的电催化二氧化碳还原性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220272.
[3]	尹肖菊, 孙逊, 赵程浩, 姜波, 赵晨阳, 张乃庆. 单原子催化剂在锂硫电池中的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(5): 20220076.
[4]	高京, 何文涛, 王欣欣, 向宇姝, 龙丽娟, 秦舒浩. DOPO衍生物改性碳纳米管的制备及对聚乳酸阻燃性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210670.
[5]	闫文卿, 张则尧, 李彦. 碳纳米管透明导电薄膜的可控制备[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210626.
[6]	张诗昱, 何润合, 李永兵, 魏士俊, 张兴祥. 辐照交联制备低分子量聚丙烯腈纤维锂硫电池正极材料及其储硫机理[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210632.
[7]	丁钦, 张梓轩, 徐培程, 李晓宇, 段莉梅, 王寅, 刘景海. Cu, Ni, Co掺杂对Fe碳纳米管的结构及电催化性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220421.
[8]	刘杰, 李金晟, 柏景森, 金钊, 葛君杰, 刘长鹏, 邢巍. 降低直接甲醇燃料电池浓差极化的含磺化碳管阻水夹层的构建[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220420.
[9]	侯从聪, 王惠颖, 李婷婷, 张志明, 常春蕊, 安立宝. N-CNTs/NiCo-LDH复合材料的制备及电化学性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220351.
[10]	许晓坚, 李博, 林猛枭, 詹硕. 多孔碳基复合膜的真空冷冻干燥制备及高效太阳能水蒸发性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220361.
[11]	初明月, 李峰博, 高宁, 杨昕, 于婷婷, 马慧媛, 杨桂欣, 庞海军. 轮型多金属氧酸盐复合物膜的制备及在检测亚硝酸盐中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(1): 20210579.
[12]	赵凌云, 黄汉雄, 罗杜宇, 苏逢春. 复合材料柔软性对倒金字塔微结构阵列传感器性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2953.
[13]	吴同华, 岳喜贵, 梅笑寒, 梁留博, 彭鑫, 马友美, 张淑玲. 三明治结构多壁碳纳米管/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料的制备[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2627.
[14]	梁平平, 刘帅, 李红艺, 丁亚丹, 温晓琨, 刘俊平, 洪霞. PVDF⁃CNT自漂浮多孔微珠的制备及在高效太阳能驱动界面水蒸发中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2689.
[15]	陈铭苏, 张会茹, 张琪, 刘家琴, 吴玉程. 锂硫电池中钴磷共掺杂MoS₂催化性能的第一性原理研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2540.