贵州大学吴复忠教授课题组在国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》发表最新研究成果
发布人:办公室  发布时间:2022-09-14   动态浏览次数:10


近期,贵州大学吴复忠教授课题组在锂离子电池硅负极领域取得了新进展,相关研究论文以“Robust MXene adding enables the stable interface of silicon anodes for high-performance Li-ion batteries为题,在线发表于Chemical Engineering JournalIF=16.7。贵州大学博士生唐洁为论文的第一作者,吴复忠教授为唯一通讯作者。

随着便携式电子产品和电动汽车的快速发展,对具有高能量密度和长寿命的锂离子电池需求空前高涨。与传统的商业石墨负极相比,硅(Si)基材料具有理论比容量高、放电平台低和环境友好等优点,被认为是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料。然而,充放电过程中巨大的体积膨胀(270%)导致电极粉化,不稳定的固体电解质界面(SEI)的反复形成,及低库仑效率(CE)。同时低的本征电导率 (10-5Sm-1)和缓慢的Li+扩散动力学(10-14-10-13 cm2s-1)阻碍了硅负极的发展。目前,硅负极的改性主要集中于结构设计、复合改性及粘结剂与电解质的设计与选择,作为电池体系中重要组成部分的导电剂却鲜有报道。

Ti3C2TxICE及放电容量的影响及作用机理

基于此,本工作以二维材料Ti3C2Tx替代传统的乙炔黑(CB)作为导电剂,应用于Si负极的制备。通过对Ti3C2Tx的含量进行了调控,研究其电极首次库仑效率(ICE)、循环性能、容量贡献及循环保持率的影响。结果显示,Si-M1电极在1Ag-1的电流密度下循环100次后的放电比容量为2522.6mAh/g,在5Ag-1电流密度下的放电比容量为1867.1 mAh·g-1,显示出良好的电化学性能。进一步分析表明:Ti3C2TxCB相比具有以下三个优点:1)优良的导电性有利于Si负极容量的释放;2)层状结构可以抑制Si的体积膨胀,使Si与集流体保持良好的电接触;3Ti3C2Tx的终端基团不仅可以增加与活性物质及粘结剂的结合强度,而且有利于在SEI中形成具有良好导电性的组分。这一新见解有助于促进硅负极的应用,并有望扩展到其他负极材料,如SnGe等。

文章详情:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139139

Jie Tang, Fuzhong Wu*, Xinyi Dai, Jiawang Zhou, Huixia Pang, Xingyu Duan, Bo Xiao, Dongjia Li, Junliang Long. Chemical Engineering Journal2022),DOI:10.1016/j.cej.2022.139139

该研究得到国家自然科学基金,贵州省科技计划项目,贵州大学培育项目,以及贵州省高层次创新型人才基金的支持。

通讯作者介绍

吴复忠,博士,教授、博导、贵州省省管专家、贵州省百层次人才入选者、第八届贵州省优秀科技工作者、贵州省高性能锂离子电池电极材料科技创新人才团队领衔人。主要从事冶金过程能源节约理论与技术及电化学储能器件研究等。作为课题组负责人先后主持国家自然科学基金4项(两项面上基金)、国家科技部重点研发计划课题以及其他省部级项目20余项。以第一作者/单独通讯作者身份在Chemical Engineering Journal, ACS Sustainable Chemistry & Engineering., Ceramics International, Journal of Alloys and CompoundsInternational Journal of Energy Research等期刊上发表SCI论文20余篇,2019年获贵州省科技进步一等奖(排名第一),国家授权发明专利4件,成果转化1项。

第一作者介绍:

唐洁,贵州大学材料与冶金学院2020级博士,师从贵州大学材料与冶金院吴复忠教授,主要研究方向为锂离子电池硅基负极的制备及改性。


一审:姬  丹

二审:王丽远

三审:胡环宇