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Carbon Energy: 超薄二硫化锡复合三维多通道碳基体一体化电极助力锂离子电池

已有 763 次阅读 2019-12-5 14:10 |系统分类:论文交流


研究背景


作为典型的二维过渡金属硫化物材料,二硫化锡(SnS2)地表储量足,且其基于转化与合金化反应的四电子转移电化学过程可提供远超石墨的比容量,被认为是下一代储能电池负极材料的理想候选之一。然而,SnS2电极材料因较低的本征电子电导率和电化学合金化反应过程中较大的体积膨胀,导致其在充放电过程中快速的容量损失和倍率性能欠佳。目前,较多的研究工作主要集中于与碳基材料复合来改善,并取得较好的进展,但是在面对较高电化学活性物质载量情况下,SnS2碳基复合电极的电化学性能仍需进一步提升,以期满足在大型储能体系中的应用。


成果介绍


近日,上海理工大学郑时有教授团队提出三维多通道碳基体上原位生长超薄SnS2纳米片的新策略,可实现电极材料的高载量与优异的电化学性能的完美结合。


该研究成果以“All-In-One” Integrated Ultrathin SnS2 @ 3D Multichannel Carbon Matrix Power High-Areal-Capacity Lithium Battery Anode为题发表在《Carbon Energy》(DOI: 10.1002/cey2.22)上。上海理工大学材料学院硕士研究生许弘毅,副教授彭成信和博士研究生晏玉华为论文共同第一作者,郑时有教授为论文通讯作者


内容概述


文章构建出超薄二硫化锡复合三维多通道碳基体一体化电极SnS2@3DMCM,无需添加粘结剂和导电剂而直接作为锂离子电池负极材料,在7mg cm-2高活性物质载量下,可获得高达6.4 mAh cm-2的面积比容量,即使在6.8 mA cm-2超高电流密度时,仍可释放3 mAh cm-2的可逆面积比容量,且大电流长循环过程每圈容量损失率小于0.2%。研究发现,由于三维多通道碳基底材料能够提供垂直离子扩散通路,同时具有较好的电子电导特性,因而展现出优异的电化学性能。


该工作从设计高载量高能量密度锂离子负极材料出发,利用在三维碳基材料垂直通道中原位生长超薄二硫化锡纳米片作为一体化电极,无需额外粘结剂和导电剂,增加真实电化学活性物质的载量,可实现优异电化学性能与高能量密度兼具的目的,这为实现高载量高能量密度的下一代新型储能体系开发提供策略。


原文链接

“All‐In‐One” integrated ultrathin SnS2@3D multichannel carbon matrix power high‐areal–capacity lithium battery anode

Hongyi Xu ,Chengxin Peng ,Yuhua Yan ,Fei Dong ,Hao Sun ,Junhe Yang ,Shiyou Zheng

DOI:10.1002/cey2.22

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.22


作者简介



郑时有博士,上海理工大学教授、博士生导师。先后于四川大学、浙江大学和复旦大学获得学位。2010年受美国商务部的资助,赴美国国家标准与技术研究所(NIST)任Guest Researcher,开展新能源材料相关的技术合作和研究工作;随后于2012年进入美国马里兰大学工学院从事新型储能电池关键材料的研究与开发。2013年底入职上海理工大学,被聘为上海高校特聘教授(东方学者)。主要研究领域为:新能源材料的基础与应用研究。近五年,主持国家自然科学基金委面上项目3项和上海市基础研究重点等省部级项目10余项;在国际学术刊物上发表论文近100篇,申请专利30余项。入选2019年百千万人才工程国家级人选并被授予“国家有突出贡献中青年专家”,先后获上海领军人才(2018)、上海市优秀学术带头人(2017)、“东方学者”和“浦江人才”(2014)等荣誉称号,以第二完成人获2018年度上海市自然科学一等奖(项目名称:富碳纳米储能材料的结构调控及其电化学行为)。





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