隨著鋰離子電池在便攜式電子設備、電動汽車及智能電網中的應用日益廣泛,人們對其能量密度和使用安全性提出了更高的要求。目前商用鋰離子電池中廣泛使用的負極材料是石墨。但石墨的比容量低,無法滿足鋰離子電池日益增長的能量密度要求,且石墨的使用還存在潛在的安全問題。三元過渡金屬氮化物是一種理想的鋰離子電池負極材料。然而,該類材料在電池循環過程中卻存在體積膨脹過大的問題,嚴重影響了鋰離子電池的循環壽命。
針對這一問題,科研人員通常采用將氮化物材料與高穩定性材料復合,或將其沉積在導電基底材料上以緩解其體積膨脹,但這也會不可避免地降低材料的能量密度,增加材料的制備成本。本工作中,研究人員通過溶劑熱結合氨氣退火處理的簡單方法,制備了一種由相互交聯納米片組裝而成的中空納米球結構NiCo2N材料。該材料在作為鋰離子電池負極材料時,其相互交聯的納米片可為電化學反應提供大量的活性位點,使活性物質與電解質間具有較大的接觸面積。
此外,中空結構縮短了鋰離子和電子在材料中的擴散距離,有效緩解了材料在循環過程中的體積膨脹問題。受益于此,材料表現出優異的電化學性能,在1 A g-1的電流密度下循環400圈其比容量仍保持1244.5 mAh g-1的高值,在5 A g-1的大電流密度下也有529.4 mAh g-1的比容量。 上述工作得到了國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金委大科學裝置聯合基金項目的支持。
文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130607。