充電機充電鋰電池正極材料研究中納米超容量材料應用紀實
2017-10-9 10:00:24??????點擊：
電動車將成為未來首要的綠色交通工具，急需開發(fā)新式高容量、高安穩(wěn)和高安全的充電機充電鋰電池。科學家們也在不斷嘗試各種辦法進步充電機充電鋰電池的功能，其間納米化是一種改進資料電化學功能的常見辦法，特別關(guān)于磷酸鐵鋰這類低電導率的資料具有明顯的改進作用。納米化的長處是縮短了鋰離子的傳輸途徑，能夠獲得更好的倍率功能。與塊體資料比較，納米化的缺陷包含外表的鋰與界面原子的結(jié)合能下降會導致容量的損失和電壓的下降；納米化后的大比外表積會帶來更多的活性位點，很多的活性位點與電解液的觸摸也會成為影響充電機充電鋰電池充放電安穩(wěn)性的首要因素；納米化帶來的振實密度和能量密度的下降更是工業(yè)生產(chǎn)中不容忽視的問題。
（A）40nm LiFePO4一般包碳和超容量包碳的充放電曲線圖；（B）83nm LiFePO4一般包碳和超容量包碳的充放電曲線圖；（C）暴露的LiFePO4界面；（D）重構(gòu)之后的LiFePO4界面（N代表一般包碳辦法，E代表超容量包碳辦法）
為了發(fā)揚納米化的長處并克服納米化的缺陷，經(jīng)過3年時刻的艱苦攻關(guān)，北京大學深圳研究生院新資料學院潘鋒教授課題組總算取得了重要打破。他們巧妙地在納米磷酸鐵鋰的外表蓋上了一個與界面能夠配位反應的殼層（磷酸鐵鋰外表生成的 C-O-Fe化學鍵），不只進步了外表鋰離子的結(jié)合能，并且產(chǎn)生了額定的鋰離子存儲位點。運用重構(gòu)之后的納米磷酸鐵鋰資料當均勻粒徑為42 nm時資料容量能夠達到了207 mAh g-1，超過其理論容量（170 mAh g-1）的21%，因此是一種新式的超容量的納米正極資料。該資料有很好的安穩(wěn)性，在10℃下循環(huán)1000次之后仍能堅持99%的容量。
（A）LiFePO4粒徑對重構(gòu)后容量的影響（黑點和藍點為理論值，紅點為試驗值）；（B-D）磷酸錳鐵鋰、磷酸錳鋰和磷酸鈷鋰一般包碳和超容量包碳的充放電曲線圖
團隊經(jīng)過量子化學理論核算和試驗結(jié)合，提醒了納米超容量儲能的機理，該發(fā)現(xiàn)對開發(fā)新式的納米儲能資料有著重要的含義，人們能夠經(jīng)過規(guī)劃配位基團重構(gòu)界面殼層，不只能夠?qū)崿F(xiàn)超容量儲能，一起還能夠進步納米資料使用的安穩(wěn)性。該作業(yè)宣布在近期的世界資料范疇尖端期刊Nano Letters（DOI：10.1021/acs.nanolett.7b02315，影響因子為12.7，天然宣布指數(shù)雜志之一）上。該作業(yè)在潘鋒教授指導下，由段彥棟博士、張炳凱博士、鄭家新博士與2015級博士生胡江濤協(xié)作完結(jié)。該作業(yè)的首要協(xié)作者還有美國阿貢國家試驗室Khalil Amine教授和Yang Ren教授、伯克利國家試驗室的Lin-Wang Wang和Wanli Yang教授、西北太平洋國家試驗室Chong-Min Wang教授。該項作業(yè)得到了國家新能源轎車（動力充電機充電蓄電池）技術(shù)立異項目、廣東省引入科技立異團隊項目、廣東省天然科學基金、深圳市科技立異委基金、美國能源部以及深圳國家超算中心的支撐。
（A）40nm LiFePO4一般包碳和超容量包碳的充放電曲線圖；（B）83nm LiFePO4一般包碳和超容量包碳的充放電曲線圖；（C）暴露的LiFePO4界面；（D）重構(gòu)之后的LiFePO4界面（N代表一般包碳辦法，E代表超容量包碳辦法）
為了發(fā)揚納米化的長處并克服納米化的缺陷，經(jīng)過3年時刻的艱苦攻關(guān)，北京大學深圳研究生院新資料學院潘鋒教授課題組總算取得了重要打破。他們巧妙地在納米磷酸鐵鋰的外表蓋上了一個與界面能夠配位反應的殼層（磷酸鐵鋰外表生成的 C-O-Fe化學鍵），不只進步了外表鋰離子的結(jié)合能，并且產(chǎn)生了額定的鋰離子存儲位點。運用重構(gòu)之后的納米磷酸鐵鋰資料當均勻粒徑為42 nm時資料容量能夠達到了207 mAh g-1，超過其理論容量（170 mAh g-1）的21%，因此是一種新式的超容量的納米正極資料。該資料有很好的安穩(wěn)性，在10℃下循環(huán)1000次之后仍能堅持99%的容量。
（A）LiFePO4粒徑對重構(gòu)后容量的影響（黑點和藍點為理論值，紅點為試驗值）；（B-D）磷酸錳鐵鋰、磷酸錳鋰和磷酸鈷鋰一般包碳和超容量包碳的充放電曲線圖
團隊經(jīng)過量子化學理論核算和試驗結(jié)合，提醒了納米超容量儲能的機理，該發(fā)現(xiàn)對開發(fā)新式的納米儲能資料有著重要的含義，人們能夠經(jīng)過規(guī)劃配位基團重構(gòu)界面殼層，不只能夠?qū)崿F(xiàn)超容量儲能，一起還能夠進步納米資料使用的安穩(wěn)性。該作業(yè)宣布在近期的世界資料范疇尖端期刊Nano Letters（DOI：10.1021/acs.nanolett.7b02315，影響因子為12.7，天然宣布指數(shù)雜志之一）上。該作業(yè)在潘鋒教授指導下，由段彥棟博士、張炳凱博士、鄭家新博士與2015級博士生胡江濤協(xié)作完結(jié)。該作業(yè)的首要協(xié)作者還有美國阿貢國家試驗室Khalil Amine教授和Yang Ren教授、伯克利國家試驗室的Lin-Wang Wang和Wanli Yang教授、西北太平洋國家試驗室Chong-Min Wang教授。該項作業(yè)得到了國家新能源轎車（動力充電機充電蓄電池）技術(shù)立異項目、廣東省引入科技立異團隊項目、廣東省天然科學基金、深圳市科技立異委基金、美國能源部以及深圳國家超算中心的支撐。
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