金屬磷化材料的高理論容量使其成為鋰離子電池的理想負(fù)極，但與其他高容量材料一樣，由于體積變化大，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，其應(yīng)用受到限制。在這里，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)由Sn
4P
3納米顆粒組成的集成電極，夾在過渡金屬碳化物(MXene)納米片之間。四甲基氫氧化銨(TMAOH)通過產(chǎn)生帶有擴(kuò)展層間距的MXene負(fù)電荷片，在這種夾層結(jié)構(gòu)的形成中發(fā)揮了重要作用。強(qiáng)大的C-O-P氧橋接鍵使得Sn
4P
3納米粒子能夠在MXene層表面緊密錨定。sn4p3基納米復(fù)合材料具有較高的可逆容量，初始庫侖效率為82%，以及出色的速率性能(1519 mAh cm
-3的電流密度5A g
-1)。導(dǎo)電和靈活的MXene層兩側(cè)Sn
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3納米粒子提供所需的電導(dǎo)率和彈性空間適應(yīng)了石化過程中Sn
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3的大體積變化。因此，在電流密度為1 A g
-1的情況下，Sn
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3@MXene混合電路在循環(huán)300次后表現(xiàn)出820 mAh g
-1的高性能。
圖1T-MXenes和磷酸化SnO
2@MXene納米復(fù)合材料的合成示意圖。
圖2。(a) SnO
2@MXene經(jīng)磷處理后的XRD譜圖; (b)圖(a)中的XRD放大圖;SnO
2@MXene-5 (c, d)和Sn
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3@MXene-5的TEM圖像(e, f) Sn
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3的HRTEM圖像);SEM圖像(g)和EDS圖譜。
圖3。(a)樣品的XPS全光譜;SnO
2/MXene-5中Sn 3d (b)和C 1s (C)的高分辨率光譜以及Sn
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3@MXene-5的Sn 3d (d)、C 1s (e)和P 2p (f)的高分辨率光譜。
圖4。在0.01-3.0 V (vs Li/Li
+)電位范圍內(nèi)，以0.1 mV s掃描速率，磷酸化SnO
2@MXene雜種前三個(gè)周期的CV曲線為:(a) SnO
2@MXene-5， (b) P-SnO
2-3@MXene-5， (c) P-SnO
2-5@MXene-5， (d) Sn
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3@MXene-5。
圖5 (a) Sn
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3@MXene-5在0.01 ~ 3.0 V (vs Li/Li
+)范圍內(nèi)掃描速率為0.1 mV s
-1時(shí)的第二CV譜圖和(b)不同電位下循環(huán)電極片的非原位XRD譜圖。
圖6 磷化SnO
2@MXene雜化物的電化學(xué)性能。(a)第一次充放電曲線0.1A g
-1, (b)總結(jié)第一次充放電能力的轉(zhuǎn)換和合金化反應(yīng)的過程,另外,和最初的庫侖效率(冰),(c)功能和容積率具體能力在不同電流密度從0.1到5 A g
-1,(d) Sn
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3@MXene-5電極與其他Sn基材料的速率性能的比較，(e)新電極的奈奎斯特圖。
圖7 (a) Sn
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3@MXene-5在0.2 mV s
-1的掃描速率下的電容貢獻(xiàn)，(b) Sn
4P
3@MXene-5在不同掃描速率下的電容貢獻(xiàn)比，(c) SnO
2@MXene-5和Sn
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3@MXene-5電極的GITT曲線，(d) SnO
2@MXene-5和Sn
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3@MXene-5電極對應(yīng)的Li
+擴(kuò)散系數(shù)的比較。
圖8 磷化SnO
2@ MXene雜化物在1 A g
-1下的長期循環(huán)性能。
相關(guān)科研成果由湖南大學(xué)Xiaohong Xia等人于2021年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.1c17297)上。原文：Sandwich-Structured Sn
4P
3@MXene Hybrid Anodes with High Initial Coulombic Efficiency for High-Rate Lithium-Ion Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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