非金属矿粉制备锂离子电池电极材料——钱逸泰院士

非金属矿粉制备锂离子电池电极材料,2016中国非金属矿科技与市场交流大会,报告人：钱逸泰E-mail:ytqian中国科技大学微尺度物质科学国家实验室,一、石墨类电极材料,二、从硅藻土等矿物中制备硅负极材料,三、硫硒类电极材料,报告内容：,一、石墨类电极材料,以天然石墨为原料制备氧化石墨烯,以石墨为原料制备的氧化石墨烯海绵或者石墨烯纸将会应用在锂离子电池中,XufengZhouandZhaopingLiu.Chem.Commun.,2010,46,26112613.,氧化石墨烯和石墨烯的照片和扫描电镜图片,石墨烯纸在氩气中500度烧2h后的扫描电镜图片,氮掺杂多孔碳的制备和锂电性能,AstheanodematerialforLIBs,thespecificcapacityoftheN-DCSsisashighas870mAhg-1at0.5Ag-1after300cycles.,XiaonaLi,ZhuYongchun,QianYitai,etal.Carbon2014,69,515-524.,石墨,设计合成了新型复合材料：氯掺杂型FeCl2-石墨三明治复合材料，并首次将氯掺杂型复合材料应用于电池领域，其具有优秀的电化学性能。该材料良好电学性能归因于整合了FeCl2,三明治结构以及Cl掺杂石墨片层的优势：具有优良的电子离子电导率，三明治结构以及Cl掺杂引发的-电子离域效应有利于容量的提高,并且三明治结构能抑制FeCl2纳米晶的体积膨胀。,石墨/FeCl2夹层化合物,Liliwang,YongchunZhu,YitaiQian,etal.,Nanoscale,2014,6,1417414179,LiliWang,YongchunZhu,YitaiQian,etal.ChemSusChem2014,7,87,200mA/g电流密度下100圈后容量分别为813mAh/g和525mAh/g,石墨/FeCl3夹层化合物,二、从硅藻土等矿物中制备硅负极材料,利用硅藻土，分子筛等还原制备硅纳米负极材料,LiangJianwen,ZhuYongchun,QianYitai,etal.ACSNano2016,10,22952304.,NingLin,YongchunZhu,YitaiQian,etal.EnergyEnvironSci.,2015,8,31873191.,J.Am.Ceram.Soc.,2002,85,1827,Nature,2007,446,172,3A/g1000圈容量约为870mAh/g,200金属Al或Mg还原分子筛，钠长石，硅藻土等合成Si纳米颗粒,thePSNAelectrodeexhibitsacapacityretentionof1539mAhg-1atacurrentdensityof1.8Ag-1evenafter1000cycles.,从废二氧化硅灰制备多孔纳米硅材料,TianwenZhang,ZhuYongchun,QianYitai,etal.RSCAdv.,2016,6,3057730581.,从粉煤灰制备硅材料,由粉煤灰制备的纳米硅材料在0.2Ag-1电流下，循环250圈后，能保持500mAhg-1以上,粉煤灰在低温熔盐无水三氯化铝中，经镁热还原制备硅纳米材料,LiuXianyu,ZhuYongchun,QianYitai,etal.submitted,J.Liang,X.Li,Y.Zhu,C.Guo,Y.Qian,NanoRes.2015,8(5):14971504.,发展了一种水热镁还原硅氧化合物低温制备硅纳米材料的方法。反应温度在200C以下，实现了二氧化硅的低温镁还原过程。得到的介孔硅纳米材料在3.6Ag-1下循环400圈后具有950mAhg-1的比容量；在电流密度高达18Ag-1时，该材料的比容量还能保持在350mAhg-1。,反应方程式为：SiO2+Mg+H2OMg(OH)2+H2+Si,从水玻璃制备硅纳米材料,三、硫硒类电极材料,氧化石墨烯聚苯胺包覆硫的核壳结构材料,Evenat1Crate,theSPANI/GOcompositestilldelivered641mAhg-1after300cycles,KailongZhang,ZhuYongchun,QianYitai,etal.J.Mater.Chem.A,2016,4,64046410,Se/C复合材料,钠离子电池：acapacityof535mAhg1at0.1Cafter150cyces.,(1C=678mAg1),LiXiaona,ZhuYongchun*,QianYitai*,et.al,Adv.Funct.Mater.2015,25,5229,锂离子电池：acapacityof580mAhg1after1000cyclesat1C.,Se含量72wt%以往方法3654%,materialsviewsChina,中国科学技术大学钱逸泰、朱永春课题组发展了一种新的盐焗法将硒灌入到多孔碳中，整个过程在氯化钠包围的有限空间进行，避免了惰性气体或者真空气氛保护。有限空间的作用与固相反应中的压制过程相似，使得硒和多孔碳基底紧密接触，利于将熔融的硒灌入到多孔碳中。该课题组提出的盐焗法，不但可以作为一种的普适方法将其他低熔点材料灌注入多孔碳基底材料中，而且该方法简单易行，利于扩大化生产，有望推动Li-Se,Na-Se电池的进一步发展。相关结果发表在AdvancedFunctionalMaterials上（DOI:10.1002/adfm.201501956）。,S/Se固溶体,LiXiaona,ZhuYongchun*,QianYitai*,et.al,EnergyEnviron.Sci.,2015,8,3181-3186,CoverofEES,Se0.06S0.94/C在碳酸酯电解液中稳定性依旧很好athigherrateof1,2and4Ag-1,withstablecapacityof910,851and792mAhg1achievedafter500cycles,SeS2+SSeS7,SeS7+CSeS7/C(amorphous),总结,本课题组近年来使用自然矿物材料在制备硅纳米负极材料和硫正极材料具有优良的锂离子电池性能。由于自然矿物质成本较低，具有很好的应用前景。低温金属Al或Mg还原硅藻土、钠长石等合成