双功能仿生膜修饰改性Li4Ti5O12负极材料

doi:10.7503/cjcu20180328

高等学校化学学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (11): 2513.doi: 10.7503/cjcu20180328

双功能仿生膜修饰改性Li₄Ti₅O₁₂负极材料

杨书廷^1,^2,³, 李倩慧¹, 范玉昌¹, 王秋娴^2,³, 杜婷¹, 岳红云^1,^2,³()

1. 河南师范大学化学化工学院, 新乡 453007
2. 动力电源及关键材料国家地方联合实验室, 新乡 453007
3. 河南电池研究院, 新乡 453007

收稿日期:2018-04-28 出版日期:2018-11-10 发布日期:2018-09-29
作者简介:联系人简介: 岳红云, 女, 博士, 副教授, 主要从事锂离子电池关键材料研究. E-mail: yuehongyun@foxmail.com
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: U1504211)和河南省重点科技攻关项目(批准号: 172102210049)资助.

Li₄Ti₅O₁₂ Modification by Bifunctional Bionic Membrane as Anode Materials for Lithium-ion Batteries^†

YANG Shuting^1,^2,³, LI Qianhui¹, FAN Yuchang¹, WANG Qiuxian^2,³, DU Ting¹, YUE Hongyun^1,^2,^3,^*()

1. 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. Henan Battery Research Institute, Xinxiang 453007, China

Received:2018-04-28 Online:2018-11-10 Published:2018-09-29
Contact: YUE Hongyun E-mail:yuehongyun@foxmail.com
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No. U1504211) and the Key Project of Science and Technology Department of Henan Province, China(No. 172102210049).

摘要/Abstract

摘要：

采用简单有效的自聚合方法在Li₄Ti₅O₁₂颗粒表面包覆兼具离子导电和电子导电双重功效的聚多巴胺(PDA)/导电碳黑Super P(SP)复合包覆层, 获得了电化学性能优异的锂离子电池负极材料. 利用X射线粉末衍射(XRD)、扫面电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、充放电循环曲线和循环伏安(CV)等方法对复合材料的形貌、结构以及电化学性能进行表征. 结果表明, 当PDA包覆层的厚度为10 nm、 Super P的含量为3%(质量分数)时, 得到的包覆材料展示了优异的电化学性能: 0.2C倍率下初始放电容量为175 mA·h/g, 循环150周后, 可逆放电容量仍在160 mA·h/g以上.

关键词: Li₄Ti₅O₁₂, 聚多巴胺, 自聚合, 负极, 锂离子电池

Abstract:

Anode material with excellent electrochemical properties was obtained by coating the polydopamine(PDA)/Super P(SP) layer with the dual effect of both ionic conduction and electronic conduction on the surface of Li₄Ti₅O₁₂ particles. The morphology, structure and electrochemical properties of the composites were characterized by X-ray diffraction(XRD), field emission scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM), charge-discharge cycle curves, and cyclic voltammetry(CV). The results showed that when the thickness of the coating layer was controlled at about 10 nm and the content of Super P was 3%(mass fraction), the sample displayed an outstanding electrochemical performance: the initial discharge capacity is 175 mA·h/g at 0.2C and the reversible discharge capacity is still above 160 mA·h/g after 150 cycles.

Key words: Li₄Ti₅O₁₂, Polydopamine, Self-polymerization, Anode, Lithium-ion battery

中图分类号:

O646

TrendMD:

杨书廷, 李倩慧, 范玉昌, 王秋娴, 杜婷, 岳红云. 双功能仿生膜修饰改性Li₄Ti₅O₁₂负极材料. 高等学校化学学报, 2018, 39(11): 2513.

YANG Shuting, LI Qianhui, FAN Yuchang, WANG Qiuxian, DU Ting, YUE Hongyun. Li₄Ti₅O₁₂ Modification by Bifunctional Bionic Membrane as Anode Materials for Lithium-ion Batteries^†. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(11): 2513.

图/表 9

Fig.1 XRD patterns of LTO(a) and LTOSP(b)

Fig.2 SEM images of LTO(A—C) and LTOSP(D—F)

Fig.3 TEM images of LTO(A—C) and LTOSP(D—F)

Fig.4 XPS full spectra of LTO(a) and LTOSP(b)(A) and XPS spectrum of N1s of LTOSP(B)

Fig.5 TG profiles of LTO(a), LTOSP(b), SP(c)(A) and the partially enlarged TG profiles of LTOSP(B)

Fig.6 Cycling performance at 0.2C(A) and rate performance(B) of LTO and LTOSP

Fig.7 Charge/discharge voltage profile of LTO(A) and LTOSP(B) at 0.2C

Fig.8 CV curves of LTO(A) and LTOSP(B) for the first three cycles

Fig.9 AC impedance spectra for LTO and LTOSP after 5 cycles

参考文献 30

[1]	Goodenough J. B., Energ. Environ. Sci., 2014, 7(1), 14—18
[2]	Yeon S. H., Ahn W., Lim S., Shin K. H., Jin C. S., Jeon J. D., Kim K. B., Park S. B., Carbon, 2014, 78, 91—101
[3]	Cao P., He X. Y., Xiao J. F., Yuan C. Q., Bai X. Q., Appl. Surf. Sci., 2018, 452, 201—209
[4]	Bi K., Zhao S. X., Huang C., Nan C. W., J. Power Sources, 2018, 339(15), 240—248
[5]	Ding Y., Yang Y. F., Shao H. X., J. Power Sources, 2013, 244(15), 610—613
[6]	Chen S. J., Wang J. Y., Zhang Z. H., Wu L. B., Yao L. L., , Wei Z. Y., Deng Y. H., Xie D. J., Yao X. Y, Xu X. X., J. Power Sources, 2018, 387, 72—80
[7]	Jiang B. B., He Y. J., Li B., Zhao S. Q., Wang S., He Y. B., Lin Z. Q., Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56(7), 1869—1872
[8]	Thankachan R. M., Rahman M. M., Sultana I., Glushenkov A. M., Thomas S., Kalarikkal N., Chen Y., J. Power Sources, 2015, 282, 462—470
[9]	Sha Y. J., Xu X. M. Li L., Cai R., Shao Z. P., J. Power Sources, 2016, 314, 18—27
[10]	Kim J., Lee K. E., Kim K. H., Wi S., Lee S., Nam S., Kim C., Kim S. O., Park B., Carbon, 2017, 114, 275—283
[11]	Bi D., Zhao L., Yu R., Li H., Guo Y., Wang X., Han M., Drug Deliv., 2018, 25(1), 564—575
[12]	Yavuz E., Tokalioglu S., Patat S., Food Chem., 2018, 263(15), 232—239
[13]	Song H., Zhu L. P., Li Y. G., Lou Z. Y., Xiao M., Ye Z. Z., J. Mater. Chem. A, 2015, 3(16), 8353—8360
[14]	Dong Y. C., Xia Y., Chui Y. S., Cao C. W., J. Power Sources, 2015, 275, 769—776
[15]	Ryou M. H., Lee Y. M., Park J. K., Choi J. W., Adv. Mater., 2011, 23(27), 3066—3070
[16]	Lee H., Dellatore S. M., Miller W. M, Messersmith P. B., Science, 2007, 318(5849), 426—430
[17]	Armstrong G., Armstrong A. R., Bruce P. G., Reale P., Scrosati B., Adv. Mater., 2006, 18(19), 2597—2600
[18]	Liang C. B., Song P., Gu H. B., Ma C., Guo Y. Q., Zhang H. Y., Xu X. J., Zhang Q. Y., Gu J. W., Composites Part A, 2017, 102, 126—136
[19]	Wang X. J., Wu Y., Zhou X., Xiao J., Xia Q. B., Wang H. H., Li Z., Chem. Eng. Sci., 2016, 155, 338—347
[20]	Wu F., Huang R., Mu D. B., Wu B. R., Chen S., ACS Appl. Mater. Inter., 2014, 6(21), 19254—19264
[21]	Cherian C. T., Sundaramurthy J., Reddy M. V., Kumar P. S., Mani K., Pliszka D., Sow C. H., Ramakrishna S., Chowdari B. V. R., ACS Appl. Mater. Inter., 2013, 5(20), 9957—9963
[22]	Park S. H., Kim H. J., Lee J., Jeong Y. K., Choi J. W., Lee H. C., ACS Appl. Mater. Inter., 2016, 8(22), 13973—13981
[23]	Li X., Zhao X., Huang P. X., Wang M. S., Huang Y., Zhou Y., Lin Y. H., Qu M. Z., Yu Z. L., J. Alloy. Compd., 2017, 693, 61—69
[24]	Mu D. B., Chen Y. J., Wu B. R., Huang R. , Jiang Y. , Li L. Y. , Wu F., J. Alloy. Compd., 2016, 671, 157—163
[25]	Zhang B., Han J. P., Wang L. Y., Lun N., Zhu H. L., Yin L., Li H., Qi Y. X., Bai Y. J., Appl. Surf. Sci., 2018, 447(31), 279—286
[26]	Sun X. C., Radovanovicb P. V., Cui B., New J. Chem., 2015, 39, 38—63
[27]	Venkateswarlu M., Chen C. H., Do J. S., Lin C. W., Chou T. C., Hwang B. J., J. Power Sources, 2005, 146(1), 204—208
[28]	Yue H. Y., Wang Q. X. , Zhang X., Hua S., 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, 华双, 马华, 岳东媛, 杨书廷. 高等学校化学学报, 2015, 36(4), 745—750)
[29]	Yang X., Zheng A., Wang X., Niu B. Y., Ceram. Int., 2017, 43(3), 3252—3258
[30]	Li X., Qu M., Yu Z., Solid State Ionics, 2010, 181(13), 635—639

双功能仿生膜修饰改性Li₄Ti₅O₁₂负极材料

Li₄Ti₅O₁₂ Modification by Bifunctional Bionic Membrane as Anode Materials for Lithium-ion Batteries^†

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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]	李威, 罗飘, 黄廉湛, 崔志明. 基于聚苯乙烯磺酸的锂金属负极界面保护层的设计[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220166.
[3]	于鹏东, 关兴华, 王冬冬, 辛志荣, 石强, 殷敬华. 新型光、热双响应形状记忆聚合物的制备与性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220085.
[4]	樊小勇, 朱永强, 毋妍, 张帅, 许磊, 苟蕾, 李东林. 三维多孔Sn-Zn合金电极助力Zn的均匀沉积/剥离[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(4): 20210861.
[5]	李伟辉, 李浩博, 曾诚, 梁昊樾, 陈佳俊, 李俊勇, 李会巧. 热压法构筑锂负极聚偏氟乙烯基双功能保护层的研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210629.
[6]	姜宝正, 黄文婷, 刘文宝, 郭荣胜, 徐成俊, 康飞宇. 纳米铜修饰三维锌网电极的制备及锌离子电池负极的电化学性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220257.
[7]	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.
[8]	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.
[9]	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.
[10]	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.
[11]	田润赛, 卢芊, 张洪滨, 张渤, 冯源源, 魏金香, 冯季军. 氮杂碳原位包覆Cu₂O/Co₃O₄@C异质结构复合材料的设计构筑及高效储锂性能[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2592.
[12]	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.
[13]	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.
[14]	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.
[15]	李曈, 谷思辰, 林乔伟, 韩俊伟, 周光敏, 李宝华, 康飞宇, 吕伟. 基于三维集流体的无枝晶锂金属负极[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1480.