NML研究文章 | 高能量密度的锂离子电池负极材料：氮掺杂多孔碳笼装载纳米铋

纳微快报Nano-Micro Letters

Bi Nanoparticles Anchored in Nitrogen-Doped Porous Carbonas Anode of High Energy Density Lithium Ion Battery

Yaotang Zhong¹, Bin Li¹, Shumin Li¹, Shuyuan Xu¹, Zhenghui Pan¹, Qiming Huang^1,2, Lidan Xing^1,2, Chunsheng Wang³, Weishan Li^1,2.

Nano-Micro Lett. (2018) 10: 56

DOI:10.1007/s40820-018-0209-1

本文亮点

1  用简单温和的方法制备了氮掺杂多孔碳笼中装载纳米铋(Bi@NC)的复合材料，约5 nm的超小粒径铋纳米颗粒均匀分布在氮掺杂的碳笼中。

2  氮掺杂的碳笼不但具有良好的导电性，而且为铋在锂离子脱嵌过程中产生的体积膨胀提供缓冲空间。

内容简介

锂离子电极材料是电池性能保障和提升的关键，目前商业锂离子电池仍采用石墨作为负极材料，虽然具有优越的循环稳定性和高库伦效率，但质量比容量（372 mAh/g）和体积比容量（756 mAh/cm³）都比较低。因此，研发兼具高质量比容量和体积比容量的负极材料具有重要意义。

金属铋（Bi）与Li形成的BiLi合金，用作负极具有较高的理论质量比容量（384 mAh/g），特别是其理论体积比容量（3430 mAh/cm³）是石墨的3倍。而且，Bi具有和石墨一样小的极化电势（约0.11 V），可逆性高。

华南师范大学李伟善教授和美国马里兰大学王春生教授两团队合作，提出简单的化学原位置换反应策略，合成氮掺杂多孔碳笼装载铋纳米（Bi@NC）负极材料。

该材料缓解了严重的Bi体积膨胀，同时提高了Bi的导电性，使得可逆容量与循环稳定性均有提升。此工作为制备高能量密度的负极储能材料提供了一种全新的策略方法。

图文导读

1  Bi@NC材料的构型及表征

以ZIF-8为前驱体，经碳化及化学原位置换反应，将超小粒径的纳米Bi (约5 nm)均匀分布在碳笼中。

2  Bi@NC的电化学性能

相比于商品化Bi(约为100 nm)以及它的碳复合物Bi@C，在80 mA/g的电流密度循环100圈，表现出优越的循环稳定性。

同时，具有较高的质量比容量(285 mAh/g)，其体积比容量为430 mAh/cm³，约为石墨(275 mAh/cm³)的1.5倍。

作者简介

主要研究方向：

锂离子电池，钠离子电池，超级电容器和燃料电池等。

课题组主页：

http://www.cswang.umd.edu/

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主要研究方向：

① 一次电池及其关键材料；② 二次电池(锂离子电池，镍氢电池，铅酸电池)及其关键材料； ③ 燃料电池及其关键材料等。

个人主页：

http://sce.scnu.edu.cn/a/20110902/58.html

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