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MOFs衍生的碳包覆Cu3P/Cu高密度锂离子电池负极材料
发布时间：2020-08-28     作者：harry   分享到：
近些年前，调整废金属电镀锌物（TMPs, 如CoP, Ni2P, FeP等）已成为锂离子电池负极材料的研究热点。磷化亚铜（Cu3P）, 尽管理论比容量接近于商业化锂离子电池负极材料——石墨（Cu3P为363 mAh g-1，石墨为372 mAh g-1）, 但根据较高的的原材料高密度, Cu3P的体积比容量约为石墨的三倍（Cu3P为3020 mAh cm-3, 石墨为830 mAh cm-1）, 可能变成代替石墨的负极板材。并且, 相对来说于石墨负极, Cu3P可**地避免溶剂共嵌副反应导致的容量衰减。然而,Cu3P固有的差导电性、低孔隙率和巨大体积膨胀效应严重阻碍了其实际应用。传统的纳米材料在提升倍率性能和循环稳定性具有一定作用, 但由于较低的振实密度, 牺牲了其体积比容量。



华南师范大学林晓明副教授、徐超副研究员与中山大学苏成勇教授合作, 基于金属-有机框架为模板, 设计并制备碳纳米管穿插的多层次八面体碳包覆的Cu3P/Cu微米形式, 当做高孔隙率锂阳离子蓄电池负极物料, 其表演出**的体积统计比功率的安全性能, 并从研究分享和理论与实践统计阐明了无机化学物质形式、响应基本原理与电无机化学的安全性能间的的关系。相关结果发表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202000736）上。
传统金属磷化物锂离子电池负极材料不可避免地面临差倍率性能和低振实密度的瓶颈。金属-有机框架（MOFs）充当原子均匀且周期性分散的自牺牲模板, 被广泛用于分层多孔碳封装的纳米结构材料的构筑, 从而实现高体积容量储能。本研究成功设计并构筑了一种通过MOF衍生的碳纳米管穿插的多层次八面体碳包覆的Cu3P/Cu纳米结构(Cu3P/Cu@CNHO)。作为锂离子电池的新型负极材料，其具有**的循环稳定性——在高达1600次循环后, 在1 A g-1感应电流硬度下, 高质量/量比功率实现积极（463.2 mAh g-1/1878.4 mAh cm-3）、出彩的系数特性——可能在10 A g-1的功率下仍应有超低的比发热量（317.7 mAh g-1）以及高温性能, 可**解决商业化石墨负极材料体积比容量低等问题。结合定量动力学分析、异位表征和密度泛函理论（DFT）计算，系统地深入研究Cu3P/Cu@CNHO在嵌锂/脱锂过程中的电化学反应机理, 从而证明了Cu3P/Cu@CNHO的可逆转化机理、高导电性、低扩散能垒和出色倍率性能。本研究工作为构建MOF衍生的表面修饰的过渡金属磷化物/金属多层次结构提供了一种创新的思路。