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四川大学文晓刚课题组--氟化辅助脱合金合成的多孔还原氧化石墨烯-FeF2@碳用于高性能锂离子电池及其电化学机理探索

来源:石墨烯联盟|

发表时间:2021-07-13

点击:3357

FeF2理论容量高、成本低,在下一代锂离子电池中具有巨大的应用潜力。然而,其导电性差,充放电过程中体积变化剧烈,限制了其实际应用。为了最大限度地提高可用的电化学性能,一种新型多孔还原氧化石墨烯-FeF2@碳 (rGO-FeF2@C) 复合材料通过脱合金方法成功合成,具有 430 mAh g-1 的高可逆容量,即使在0.08 A g-1下,循环 50 次后仍保持 400 mAh g-1,在 0.08 A g-1至 1.00 A g-1范围内也表现出优异的倍率性能。结果表明,这种结构和方法是实现 FeF2 阴极良好性能的有效策略。观察到一种新现象,即较低的充电电压会引起较高的放电平台,并提出了可能的假设。


Figure 1. Fe-Si合金粉末的SEM图像:(a)球磨前和(b)球磨后,(c) P-FeF2在500°C下获得,(d) Fe-Si、PVDF和GO的混合聚集体,(e和f) 在500 °C下获得的rGO-FeF2@C。(g) 碳包覆的多孔FeF2的SEM图像和相应的EDS元素映射:(h) Fe、(i) F、( j) C 和 (k) N。(l和m) rGO-FeF2@C的TEM图像。(n) rGO-FeF2@C的HRTEM图像和相应的 (o) SEAD图案。


Figure 2. (a) rGO-FeF2@C在0.08 A g-1电流密度下的循环性能。(b) rGO-FeF2@C在 0.08 A g-1 的电流密度和 4.0-1.0 V 电压范围下的 GCD 曲线。(c) rGO-FeF2@C在不同电流下的放电容量和库仑效率。在不同 (d) 温度和 (e) 碳源条件下,合成的阴极的放电容量和循环性能比较。(f) rGO-FeF2@C和rGO-FeF2@gluC的奈奎斯特图。(g) FeF2 与 PVDF-C 或 Glu-C 之间的键合示意图。(h) rGO-FeF2@C和rGO-FeF2@gluC 的 F 1s 的高分辨率 XPS 光谱。


Figure 3. (a) rGO-FeF2@C在不同扫描速率下的 CV 曲线。(b) 氧化还原峰值电流与扫描速率平方根之间的拟合线性。(c) rGO-FeF2@C总电流(橙色实线)和电容电流(阴影部分)的CV 曲线。(d) 不同扫描速率下电容和扩散控制的电容贡献百分比。(e) 在第一条放电曲线上标出了不同的状态点。(f)来自放电曲线的各种放电状态的奈奎斯特图。(g) 低频部分 Z' 与 ω−1/2 的线性关系。(h) 第一次放电/充电过程中的Warburg 系数(插图:铁插入 LiF 的脱锂过程示意图。)


Figure 4. (a) rGO-FeF2@C在不同扫描速率下 20 次循环后的 CV 曲线。(b) 不同扫描速率下,电容和扩散控制的电容贡献百分比。


Figure 5. (a) rGO-FeF2@C在3.5-1.0 V和3.0-1.0 V范围内,在15个循环中的恒电流放电-充电曲线。(b) rGO-FeF2@C在初始15个循环中,在3.5-1.0 V和3.0-1.0 V范围内的循环性能。(c) 在0.08 A g-1 下,从第2次到第20次循环的放电曲线。(d) 来自不同循环的4.0 V 处,电极的XPS光谱。(e) 第1次和第10次(放电至1.0 V),电极的XRD图案。(f) rGO-FeF2@C在第一次循环中具有不同充电截止电压的恒电流充放电曲线。(g) 第一次充电不同电压下,电极的非原位 XRD 谱。图 7(f) 的放大区域,电压窗口为 (h) 4.3–1.0 V,(i) 4.0–1.0 V,( j) 3.5–1.0 V 和 (k) 3.0–1.0 V。


相关研究成果于2021年由四川大学文晓刚课题组,发表在Inorg. Chem. Front.(DOI: 10.1039/d1qi00273b)上。原文:The fluorination-assisted dealloying synthesis of porous reduced graphene oxide-FeF2@carbon for high-performance lithium-ion battery and the exploration of its electrochemical mechanism。

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