三氧化鎢（WO₃）憑借其在鋰離子電池中較高的理論比容量(～700mAh·g^-1)以及廉價易得的特性而引起了科研工作者廣泛的研究興趣,然而其相對較差的導(dǎo)電性以及在循環(huán)過程中所發(fā)生的較大體積變化導(dǎo)致其倍率性能和循環(huán)性能并不理想。為了增強(qiáng)其導(dǎo)電性,減緩體積變化所帶來的負(fù)面影響,本文采用等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積法成功地在所制備的WO_3-x納米片上包覆含有氮元素?fù)诫s的無定形碳。氮摻雜碳的包覆可以有效降低循環(huán)過程中發(fā)生的較大體積變化問題,而且可以提供更多的位點(diǎn)供鋰離子進(jìn)行嵌入/脫嵌。電化學(xué)測試表明,所制備的WO_3-x/C電極相比于WO_3-x電極和商業(yè)WO₃電極,展現(xiàn)出更好的倍率性能和循環(huán)性能。動力學(xué)模擬與計(jì)算表明,經(jīng)過碳包覆的WO_3-x/C電極具有更小的電荷轉(zhuǎn)移電阻和更快的鋰離子擴(kuò)散速率,從而有效提升其電化學(xué)性能。 

【文章來源】：化學(xué)通報. 2020年06期 北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

三種樣品的XRD圖譜(a);WO3-x/C的W 4f譜(b)和全譜(c);三種樣品的Raman圖譜(d);WO3-x/C(e)和WO3(f)的氮?dú)馕?脫附曲線

為觀察材料的形貌,接著進(jìn)行了掃描電鏡測試。從圖2(a)與2(b)可以看出,煅燒后的WO3-x為直徑約200～300 nm的橢圓形納米片堆疊在一起,經(jīng)過PECVD步驟后,可以清晰地看出無定形碳被很好地包覆在材料的表面。圖2(c)與2(d)為圖2(b)的元素映射圖及相應(yīng)的元素含量統(tǒng)計(jì)圖�？梢钥闯�,以吡啶同時作為碳源和氮源時,這些含有氮元素?fù)诫s的無定形碳能夠較為均勻地包覆在材料的表面,從而有助于其電性能的提升。由元素映射統(tǒng)計(jì)的元素含量表明所包覆碳量約為9.81%。為了更準(zhǔn)確地測試樣品的含碳量,進(jìn)一步對其進(jìn)行熱重分析,如圖2(e)所示。在前200℃時有約1.8%的質(zhì)量損失,可歸因于材料中所含少量水分的蒸發(fā);在350～500 ℃時約11.8%的質(zhì)量損失是由于碳的氧化過程,因此可推斷材料的含碳量約為11.8%,無定形碳可以較好地包覆在材料表面。2.2 電化學(xué)性能表征與測試

圖4(b)顯示了三種材料的倍率性能。當(dāng)電流密度分別為100、300、500、1000 mA·g-1時,其相應(yīng)的首次充電比容量分別為758.6、537.3、413.5、313.1 mAh·g-1。當(dāng)電流密度再次回到100mA·g-1時,WO3-x/C電極的充電比容量為466.7mAh·g-1,其容量保持率為61.5%;相比之下,經(jīng)過一系列電流密度的循環(huán)后,當(dāng)重新返回到100mA·g-1時,WO3-x電極與商業(yè)WO3電極的容量保持率僅為46.1%和27.6%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于WO3-x/C電極。這說明含氮摻雜的碳包覆對于電極材料循環(huán)穩(wěn)定性的提高有較大的幫助。此外,還進(jìn)行了大倍率下的長循環(huán)測試,如圖4(c)所示。在1A·g-1的電流密度下,WO3-x/C電極的首圈放電和充電比容量分別為743.6和455.4 mAh·g-1,對應(yīng)著61.2%的庫倫效率;在循環(huán)1000圈以后,其仍能夠保持約218.5mAh·g-1的可逆比容量,容量保持率約為48%,展現(xiàn)出較高的循環(huán)穩(wěn)定性。2.3 電化學(xué)動力學(xué)分析與計(jì)算

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]LiFePO4納米晶的尺寸、形貌調(diào)控及鋰電池性能研究[J]. 南彩云,張宇.  化學(xué)通報. 2018(04)
[2]三維介孔鈷酸鋅立方體的制備及其優(yōu)異的儲鋰性能[J]. 甄緒,郭雪靜.  物理化學(xué)學(xué)報. 2017(04)



本文編號：2956617