限域作用提升钾离子电池转化反应负极库伦效率
作者单位：信阳师范学院化学化工学院
会议名称：《河南省化学会2020年学术年会》
会议日期：2020年
关 键 词：钾离子电池 库伦效率 循环稳定性 限域作用 负极材料
摘 要：钾离子电池资源丰富、能量密度高,是规模储能理想的候选者之一。高容量负极材料通常能够容纳一个或多个K,但伴随着剧烈的体积膨胀。这一特点严重威胁着电极表面固体电解质中间相(SEI)的稳定性,导致电极库仑效率低、循环稳定性差。基于课题组在钾离子电池负极材料方面的系列工作,本文提出通过限域作用诱导稳定SEI膜快速形成以解决上述问题。我们将CuS及NbO分别分散在碳纳米纤维的核层与壳层,构建核-壳结构CuS-C@NbO-C纳米纤维(NFs)。壳层可保护CuS纳米片免于直接与电解质接触,并有效抑制其重构带来的体积膨胀,有助于快速形成稳定的SEI膜。结果表明,经过100个循环后,CuS-C@NbO-C NFs电极的可逆储钾容量保持率为93.1%,大于CuS-C NFs电极的容量保持率(74.6%)。最为重要的是,CuS-C@NbO-C NFs电极将库仑效率稳定在大于99.0%的循环周期从CuS-C NFs电极的30个循环缩短到5个循环。作为拓展,同样结构的CoS、NiS电极中也表现出这一优势。跟踪表征电极结构和SEI膜变化发现,限域作用能够促进稳定SEI膜的形成,并抑制活性物质的体积膨胀,维持电极结构稳定。因此,利用限域作用提升电极库仑效率和循环稳定性,为构建高性能钾离子电池电极材料提供了新思路。