中国分析测试协会
China Association for Instrumental Analysis

深圳先进院等发展出提升双离子电池正极容量有效策略

文章来源:中国科学院深圳先进技术研究院
2021-04-07 23:39



  近日,中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其团队联合澳洲格里菲斯大学张山青教授等人,提出了一种局域有序石墨化策略,显著提升了双离子电池正极容量和动力学性能。相关研究成果以Locally Ordered Graphitized Carbon Cathodes for High-Capacity Dual-Ion Batteries为题已在线发表于化学顶级期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202016233, IF: 12.959)。论文通讯作者是唐永炳研究员和张山青教授,共同第一作者是联培硕士生杨凯、刘齐荣副研究员和郑勇平助理研究员。 

  双离子电池具有高工作电压、低成本、环境友好等优点,在大规模储能领域具有广泛的应用前景。然而,石墨正极较低的阴离子插层容量限制了双离子电池的能量密度提升。因此,揭示限制石墨正极比容量发挥的深层次机理,进而针对性开发具有高容量的正极材料,对提升双离子电池能量密度具有重要意义。 

  鉴于此,唐永炳研究员及其团队成员杨凯、刘齐荣、郑勇平等人首先通过理论计算发现:在阴离子插层过程中,石墨正极层间范德华力以及阴离子间静电排斥效应逐渐提高了阴离子的插层电势,从而限制了阴离子的插层比容量。因此,设计具有局域有序石墨化碳结构(LOGC),不仅有利于减少层间范德华力,并且有助于改进正极材料的结构稳定性。结果表明,这类正极材料可显著提升正极容量(232mAh g-1),并表现出优异的倍率和循环性能(1000次循环容量无衰减)。该工作为发展高容量双离子电池正极材料提供了一种有效的解决策略。 

  该研究得到了国家自然科学基金,广东省科技计划、深圳市科技计划等项目资助。 

  论文链接  


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图(a)LOGC结构及储阴离子示意图;(b)活性碳、LOGC以及石墨的储阴离子电势变化示意图;基于LOGC正极的钾基双离子电池充放电曲线(c)以及长循环性能(d)。