NANO编辑优选:MoO2/NCNTs无粘结剂负极实现高电化学性能锂离子电池

文章介绍
Hui Zhang(张辉), Zhi Tan(谭智), Yuwei Xia(夏雨薇), Chao Wang(王超), Haili Pang(庞海丽), Xiaoxia Bai(白晓霞), Hao Liu(刘昊), and Ajit Khosla
通讯作者:
- 张辉,西安电子科技大学
- Ajit Khosla,西安电子科技大学
研究背景:
锂离子电池在电动汽车、便携式电子产品和智能电网中的广泛应用已经取得了显著进展,这有助于解决化石燃料过度使用造成的环境污染和能源危机问题。为了进一步满足日益增长的能源需求,现有锂电的能量密度、循环和倍率性能仍需进一步提高。石墨作为被广泛应用于锂电的商业化负极材料,具有诸多优点。据报道,商用石墨的最新实际比容量已高达365 mAh g−1,非常接近其理论比容量(372 mAh g–1),因此进一步提高变得越来越困难,阻碍了其在很多领域的潜在应用。因此,新型和下一代负极材料的探索引起了人们的极大关注,以满足锂电对高比容量和良好循环性能日益增长的需求。
研究内容:
二氧化钼因其高理论比容量和低成本的优势被视为最具吸引力的锂离子电池的潜在负极材料之一。然而,其在锂离子电池中的进一步应用很大程度上受到锂离子在MoO2晶格脱嵌过程中扩散动力学缓慢和锂化引起严重体积膨胀的影响。本文首次报道了一种简单的电沉积法制备三维MoO2/NCNTs纳米复合材料,纯的、单斜相MoO2纳米颗粒在NCNT表面的均匀生长。这种纳米复合材料结合了MoO2固有的高理论容量和NCNT良好循环性能的协同效应,作为概念验证,在用作锂离子电池中无粘合剂负极时表现出显著提高的可逆放电容量,以及优异的倍率性能,成为高性能锂离子电池的潜在负极材料。这是由MoO2/NCNT纳米复合材料的独特3D结构特征引起的。3D NCNTs的引入提供了电子传导途径,并减少了锂离子脱嵌过程中的体积膨胀。通过电化学阻抗谱和基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,深入分析了MoO2/NCNT纳米复合材料中锂存储性能增强的深层原因。结果表明MoO2/NCNTs纳米复合材料晶格中锂离子扩散能垒显著降低,锂存储能力增强,锂离子脱嵌过程中锂化引起的体积膨胀和结构坍塌减少,电荷转移动力学得到显著改善。这种优异的性能使得MoO2/NCNT纳米复合材料有望成为高性能锂离子电池的无粘合剂负极。这项工作也为其他最先进的电池设计提供了重要的理论见解。
作者介绍

张辉 准聘副教授
西安电子科技大学
- 张辉,西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院准聘副教授,博士毕业于加拿大国立科学研究院,主要从事纳米(光)电化学、等离激元半导体和量子点方面的研究。
Ajit Khosla 教授
西安电子科技大学
- Ajit Khosla,西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院教授,博士毕业于西蒙菲莎大学,主要从事集成传感方面的研究。
期刊介绍

- 2023年影响因子:2.9 Citescore:7.1
- Nanotechnology(NANO)创刊于1990年,是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述,主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。