電學探針桿在鋰離子電池負極材料研究中應用
日期：2019-02-19
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Sn基鋰離子電池負極材料具有較高的比容量和良好的安全性，在未來很有可能替代石墨作為商用鋰離子電池的負極材料。近日，PicoFemto?助力華南理工大學鄧洪教授、熊訓輝教授、林璋教授在Sn@C基離子電池負極材料的研究上再創突破，相關研究成果以《Upcycling of Electroplating Sludge into Ultrafine Sn@C Nanorods with Highly Stable Lithium Storage Performance》為題發表在國際期刊《Nano Letters》（IF=12.08）上。
圖1. 實驗細節及相關說明
圖2. PicoFemto原位電學樣品桿示意圖（JEOL及FEI電鏡兼容）
圖3. (a) Schematic of dry cells based on the Sn@C for the in situ TEM study. (b−f) Time-lapse TEM images for the Sn@C during a full lithiation−delithiation process with an applied voltage of ±3 V between the W and Au electrodes.（源自原文）
研究人員利用枯草桿菌再生電鍍污泥中的金屬錫（Sn），細微的錫金屬顆?？梢澡偳对诘?、磷共摻雜的多孔碳棒上，并且發現這種負載錫金屬顆粒的碳棒（Sn@C）用作鋰離子電池負極材料時有優異的儲鋰性能（可逆容量：560 mAh/g at 1 A/g，大約1500次的循環幾乎沒有衰減）。他們利用PicoFemto?原位電學樣品桿（TEM-STM holder）在透射電鏡中實時研究了Sn@C負極材料在鋰化和脫鋰過程中的結構穩定性，發現鋰化和脫鋰過程中內部的Sn納米顆粒會周期性的膨脹和收縮。原位透射電鏡研究表明， Carbon matrix能夠有效緩解負極材料鋰化和脫鋰過程中體積膨脹產生的機械應力，使得內部的Sn納米顆粒保持完整，保證了Sn@C負極材料的循環穩定性和良好的倍率性能。研究人員認為：1、納米尺度的Sn顆粒；2、Sn納米顆粒在碳籠中的均勻分布；3、氮、磷共摻雜的碳層等是Sn@C負極材料良好循環穩定性和倍率性能的關鍵因素。該研究利用細菌再生污泥廢棄物中的錫金屬巧妙的得到了高穩定性的錫基鋰離子電池負極材料，我們相信這種新方案在未來可能會被推廣到過渡金屬及金屬氧化物作為負極材料的新一代鋰離子電池當中。
原文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b04944
DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04944
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