高性能无钴化钙钛矿型高熵氧化物负极材料的制备及储锂性能研究

作     者：贾洋刚 陈诗洁 邵霞 程婕 林娜 方道来 冒爱琴 李灿华 Jia Yanggang;Chen Shijie;Shao Xia;Cheng Jie;Lin Na;Fang Daolai;Mao Aiqin;Li Canhua

作者机构：安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243032 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室马鞍山243032 安徽工业大学冶金工程学院马鞍山243032 

基　　金：安徽省自然科学基金(No.2008085ME125) 先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室主任基金(No.GFST2022ZR08) 安徽省高校自然科学研究重点项目(No.KJ2020A0268)资助 

出 版 物：《化学学报》 (Acta Chimica Sinica)

年 卷 期：2023年第81卷第5期

页      码：486-495页

摘      要：高熵氧化物由于独特的高熵效应、多主元协同效应和可定制的结构,作为能量存储材料受到广泛地关注.本研究采用金属硝酸盐为金属源,甘氨酸为燃料,通过溶液燃烧法成功合成了一系列无钴的钙钛矿型高熵氧化物La(Cr_(0.2)Fe_(0.2)Mn_(0.2)Ni_(0.2)M_(0.2))O_(3)(M=Cu,Mg,Zn)锂离子电池负极材料,研究了粉体的微观结构和电化学性能.结果表明:所制备的钙钛矿型高熵氧化物La(Cr_(0.2)Fe_(0.2)Mn_(0.2)Ni_(0.2)M_(0.2))O_(3)均为单相钙钛矿结构,形貌为多孔网状且各组成元素分布均匀,其中引入非活性元素Mg或活性元素Cu的高熵氧化物电化学性能相近;无钴化La(Cr_(0.2)Fe_(0.2)Mn_(0.2)Ni_(0.2)Zn_(0.2))O_(3)电极具有最高的比容量(200m A·g^(-1)电流密度下循环250圈后可逆比容量为1014m Ah·g^(-1))、优异的循环稳定性(1000m A·g^(-1)电流密度下循环1000圈后可逆比容量为450 mAh·g^(-1)且几乎没有容量衰减)以及卓越的倍率性能(100 mA·g^(-1)电流密度下可逆比容量为396 mAh·g^(-1), 3000 mA·g^(-1)电流密度下可逆比容量为198 mAh·g^(-1),容量保持率为47.9%).电化学性能提升主要归因于活性元素Zn的加入可以在还原过程中形成Li-Zn合金使得电极比容量明显增加;同时较高的比表面积、介孔结构以及丰富的表面氧空位使其具有较高的电导率(0.14 S·cm^(-1))、锂离子扩散系数(2.1×10^(-12)cm^(2)·s^(-1))和较大的赝电容贡献率,从而显著提升了材料的比容量和倍率性能.因此,引入能够与锂发生合金化反应的元素(如Zn)可以极大地提高电化学性能,有利于为设计成本低廉、性能优异的无钴化高熵材料提供新的设计理念和思路.

主 题 词：锂离子电池负极材料 高熵氧化物 钙钛矿结构 合金化 赝电容 

学科分类：0808[工学-自动化类] 08[工学] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 

核心收录：

D　O　I：10.6023/A23020046

馆 藏 号：203122317...