氮氧双掺杂碳作为锂离子电池的高速长循环寿命负极材料

1成果简介

　　本文，新疆师范大学Yanjun Cai、新疆工程学院Zhi Su等研究人员在《EnergyTechnology》期刊发表名为“Nitrogen and Oxygen Dual-Doped Carbon as High-Rate Long-Cycle-Life Anode Materials for Lithium-Ion Batteries”的论文，研究利用高温固相法合成了掺有氮和氧的缺陷型碳。X 射线光电子能谱分析表明，碳结构中含有氮，包括吡啶氮、吡咯氮和石墨化氮。此外，碳中还引入了氧，并观察到 CO 和 CO 官能。透射电子显微镜和扫描电子显微镜显示，所有样品都呈现出具有局部涡轮增压晶格区域的碳微块形态。电化学测试表明，掺氮和掺氧的碳微块具有优异的循环性能和高倍率容量。具体来说，在电流密度为1和2Ag-1 时，速率容量分别保持在 385.6和214.4mAh g-1。此外，在 5Ag-1 的条件下，放电容量在第3500个循环时仍保持在 58.3mA h g-1。氮和氧掺杂引入的缺陷不仅提高了反应活性和电子导电性，还改善了锂离子扩散动力学。

2图文导读

图1、微米块状碳材料的合成过程示意图。

图2、a-c) EPC、WPC 和 MPC 的 C1s、d-f) O1s 和 g-i) N1s XPS 光谱。

图3、a) 氮吸附-解吸等温线，b) 制备样品的孔径分布。

图4.a) EPC 前三个循环的循环伏安曲线；b) MPC、WPC 和 EPC 的速率性能；EPC 在不同电流密度下的循环性能：c) 0.1Ag-1；d) 1Ag-1；e) 2Ag-1；f) 5Ag-1。

图5、MPC、WPC 和 EPC 样品的 a) EIS 和 b) 等效电路拟合曲线。

3小结

利用高温固相法合成了掺氮和掺氧的缺陷碳。在煅烧温度和时间分别为 800 ℃ 和 5 h 的条件下，以乙醇为催化剂，得到的 EPC 具有最佳的电化学性能。在电流密度为 0.1 A g-1 时，EPC 经过 50 次循环后可显示出 562 mA h g-1 的超高放电容量。即使以 5 A g-1 的电流密度循环，经过 3500 次循环后，放电容量仍能保持在 58.3 mA h g-1 的水平。EPC 中的氮和氧含量越高，产生的外部缺陷就越多，从而有助于锂离子的去除。

　　文献：
https://doi.org/10.1002/ente.202401211

　　来源：材料分析与应用