沉积法合成生物质碳磷锂离子负极材料及其高低温电化学性能

doi:10.7503/cjcu20190097

高等学校化学学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (9): 1949.doi: 10.7503/cjcu20190097

沉积法合成生物质碳磷锂离子负极材料及其高低温电化学性能

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

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

收稿日期:2019-02-13 出版日期:2019-09-10 发布日期:2019-07-16
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(20170202)

Deposition Method Synthesis of Nano-phosphorus/Biomass Carbon Composites and Their High- and Low-temperature Electrochemical Performances as Anode Material in Lithium-ion Batteries ^†

LI Xiangnan^1,^2,³,WANG Qiuxian^3,⁴,FAN Yong¹,YU Mingming¹,ZHANG Huishuang^1,^2,³,YANG Shuting^1,^2,^3,^4,^*()

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

Received:2019-02-13 Online:2019-09-10 Published:2019-07-16
Contact: YANG Shuting E-mail:shutingyang@foxmail.com
Supported by:
? Supported by the Key Scientific and Technological Project of Henan Province, China(162102210070);the Science and Technology Project of Xinxiang City, China(15GY03);the Student Innovation and Career Exploring Project of Henan Normal University, China(20170202)

摘要/Abstract

摘要：

使用玉米杆芯作为碳源, 通过沉积法原位合成生物质碳磷复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)等对复合材料的形貌和结构进行表征, 通过恒电流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等对复合材料的电化学性能进行了测试. 结果表明, 当碳/磷质量比为4.5∶5.5时, 复合材料具有最佳的电化学性能: 扣除非活性材料的贡献, 室温下首次充电容量为1215.5 mA·h/g, 循环100次后可以保持847.7 mA·h/g 的比容量. 该复合材料随着温度的升高充电比容量逐渐增加: -20 ℃时, 0.1C倍率下的充电比容量为425.6 mA·h/g; 55 ℃时, 首次充电比容量高达1812.3 mA·h/g. 说明适量纳米磷均匀分布在无定形碳导电基体的孔结构中, 可以使制备出的复合材料现出良好的电化学性能.

关键词: 生物质碳, 碳磷复合, 沉积法合成, 锂离子电池

Abstract:

Using cornstalk core as the carbon source, anode materials P/C with different micro-nano structures were directly synthesized by the deposition method synthesis method. The results show that the CP2[m(P)∶m(C)=4.5∶5.5] assembled lithium-ion battery performed well: the charge capacity of CP2 is 1215.5 mA·h/g at 0.1C(25 ℃), and the reversible capacity is 847.7 mA·h/g after 100 cycles. High- and low-temperature performances were discussed at 0.1C. The results show that the specific capacity of the sample reaches 425.6 mA·h/g at -20 ℃ and 1812.3 mA·h/g at 55 ℃, respectively. An appropriate amount of P distributes uniformly in pores of conductive carbon substrate, so that the lithium-ion battery assembled of this composite show excellent electrical performance.

Key words: Biomass carbon, Carbon/phosphorus composite, Deposition method synthesis, Lithium-ion battery

中图分类号:

O646

TrendMD:

李向南, 王秋娴, 范涌, 于明明, 张会双, 杨书廷. 沉积法合成生物质碳磷锂离子负极材料及其高低温电化学性能. 高等学校化学学报, 2019, 40(9): 1949.

LI Xiangnan, WANG Qiuxian, FAN Yong, YU Mingming, ZHANG Huishuang, YANG Shuting. Deposition Method Synthesis of Nano-phosphorus/Biomass Carbon Composites and Their High- and Low-temperature Electrochemical Performances as Anode Material in Lithium-ion Batteries ^†. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(9): 1949.

图/表 7

Fig.1 XRD patterns of CP0(a), CP1(b), CP2(c), CP3(d) and pure P(e)

Fig.2 SEM images of CP1(A, D, G), CP2(B, E, H) and CP3(C, F, I)

Fig.3 SEM image(A) and C(B), P(C) element mappings of CP2

Fig.4 Raman spectra of CP1(A), CP2(B) and CP3(C)

Fig.5 Cycling performances of cells assembled by the samples(A) and initial three charge-discharge curves of CP2-assembled cell at 0.1C(B)

Fig.6 Cycling performance of CP2-assembled cell at high(A) and low(B) temperature and at different rates(C) and AC impedance spectra for CP2-assembled cell at different rates after 10 cycles(D)

Fig.7 Kinetics analysis of the electrochemical behavior towards Li+ for CP2-assembled cell (A) CV profiles at scan rates of 0.2—0.8 mV/s; (B) plots of i/v1/2 vs. v1/2 used for calculating k1 and k2 at different potentials; (C) capacitive charge storage contributions at a scan rate of 0.4 mV/s.

参考文献 19

[1]	Goodenough J. B., Park K. S., ,. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135( 4), 1167— 1176
[2]	Choi J. W., Aurbach D., ,. Nat. Rev. Mater. 2016, 1( 4), 16013— 16029
[3]	Goodenough J. B., ,. Energy Environ. Sci. 2014, 7( 1), 14— 18
[4]	Sun L. Q., Li M. J., Sun K., Yu S. H., Wang R. S., Xie H. M., ,. J. Phys. Chem. C 2012, 116( 28), 14772— 14779
[5]	Kim Y. J., Park Y., Choi A, Choi N. S., Kim J. S., Lee J. S., Ryu J. H., Oh S. M., Lee K. T., ,. Adv. Mater. 2013, 25( 22), 3045— 3049
[6]	Qian J. F., Wu X. Y., Cao Y. L., Ai X. P., Yang H. X., ,. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52( 17), 4633— 4636
[7]	Marion C., Debenedetti A., Fraisse B. Favier F., Monconduit L., ,. Electrochem. Commun. 2011, 13( 4), 346— 349
[8]	Song J. X., Yu Z. X., Gordin M. L., Hu S., Yi R., Tang D. H., Walter T., Regula M., Choi D. W., Li X. L., Manivannan A., Wang D. H., ,. Nano Lett. 2014, 14, 6329— 6335
[9]	Wang L., He X. M, Li J. J., Sun W. T., Gao J., Guo J. W., Jiang C. Y., ,. Angew. Chem. 2012, 124, 9168— 9171
[10]	Wang Y. L., Tian L. Y., Yao Z. H., Li F., Li S., Ye S. H., ,. Electrochimi. Acta 2015, 163, 71— 76
[11]	Yue H. Y., Wang Q. X., Shi Z. P., Ma C., Ding Y. M., Huo N. N., Zhang J., Yang S. T., ,. Electrochimi. Acta 2015, 180, 622— 628
[12]	Tian L. Y., Yao Z. H., Li F., Wang Y. L., Ye S. H., ,J. Inorg. Mater., 2015,30( 6), 653— 661
	(田丽媛, 姚志恒, 李凤, 王永龙, 叶世海.无机材料学报,2015,36(4), 745— 750)
[13]	Bai A., Wang L., Li J. Y., He X. M., Wang J. X., Wang J. L., ,. J. Power Sources 2015, 289, 100— 104
[14]	Sun J., Zheng G. Y., Lee H. W., Liu N., Wang H. T., Yao H. B., Yang W. S., Cui Y., ,. Nano Lett. 2014, 14, 4573— 4580
[15]	Yue H. Y., Wang Q. X., Zhang X., Zhang H., Ma H., Yue D. Y., Yang S. T., ,Chem. J. Chinese Universities, 2015,36( 4), 745— 750
	(岳红云, 王秋娴, 张雪, 张华, 马华, 岳东媛, 杨书廷. 高等学校化学学报, 2015, 36(4), 745— 750)
[16]	Yuan T., Ruan J. F., Peng C. G., Sun H., Pang Y. P., Yang J. H., Ma Z. F., Zheng S. Y., ,. Energy Storage Mater. 2018, 13, 267— 273
[17]	Xu T., Li D. H., Chen S., Sun Y. Y., Zhang H. W., Xia Y. Z., Yang D. J., ,. Chem. Eng. J. 2018, 345, 604— 610
[18]	Li W. H., Yang Z. Z., Jiang Y., Yu Z. R., Gu L., Yu Y ., Carbon 2014, 78, 455— 462
[19]	Wang Q. X., Li K., Yang B. N., Yue H. Y., Yang S. T., ,Chem. J. Chinese Universities, 2018,39( 9), 2039— 2045
	(王秋娴, 李凯, 杨贝宁, 岳红云, 杨书廷. 高等学校化学学报, 2018, 39(9), 2039— 2045)

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[1]	贾洋刚, 邵霞, 程婕, 王朋朋, 冒爱琴. 赝电容控制型钙钛矿高熵氧化物La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃负极材料的制备及储锂性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220157.
[2]	何宇婧, 李佳乐, 王东洋, 王福玲, 肖作旭, 陈艳丽. 锌活化Fe/Co/N掺杂的生物质碳基高效氧还原催化剂[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220475.
[3]	鲍俊全, 郑仕兵, 苑旭明, 史金强, 孙田将, 梁静. 有机盐PTO(KPD)₂作为高性能锂离子电池正极材料的研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2911.
[4]	李辉阳, 朱思颖, 李莎, 张桥保, 赵金保, 张力. 锂离子电池硅氧化物负极首次库伦效率的影响因素与提升策略[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2342.
[5]	卓增庆, 潘锋. 基于软X射线光谱的锂电池材料的电子结构与演变的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2332.
[6]	吴卓彦, 李至, 赵旭东, 王倩, 陈顺鹏, 常兴华, 刘志亮. 一步法高效制备纳米Si/C复合材料及其在高性能锂离子电池中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2500.
[7]	易聪华, 苏华坚, 钱勇, 李琼, 杨东杰. 木质素纳米炭的制备及作为锂离子电池负极的性能研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1807.
[8]	石颖, 胡广剑, 吴敏杰, 李峰. 低温等离子体在锂离子电池材料中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1315.
[9]	毛尔洋, 王莉, 孙永明. 锂离子电池高容量合金基含锂负极材料的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1552.
[10]	刘铁峰, 张奔, 盛欧微, 佴建威, 王垚, 刘育京, 陶新永. 硅负极黏结剂的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1446.
[11]	王弈艨, 刘凯, 王保国. 高镍三元正极材料的表面包覆策略[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1514.
[12]	王任衡, 肖哲, 李艳, 孙一翎, 范姝婷, 郑俊超, 钱正芳, 贺振江. 固相烧结法制备锂离子电池正极材料Li₂FeP₂O₇及其电化学性能研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(4): 1299.
[13]	孙全虎, 卢天天, 何建江, 黄长水. 含异原子石墨炔基电极材料的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(2): 366.
[14]	高小雅, 左自成, 李玉良. 石墨炔电化学电池界面构筑[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(2): 321.
[15]	周战, 马录芳, 谭超良. 层状钒青铜纳米片的制备及其锂离子电池阳极材料性能[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(2): 662.

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