“一石二鸟”策略构建高性能锂离子电池多孔复合无锂正极材料
今天给各位分享“一石二鸟”策略构建高性能锂离子电池多孔复合无锂正极材料的知识，其中也会对进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！
【职位介绍】
鉴于此，江汉大学梁继元和美国橡树岭国家实验室孙晓光利用聚四氟乙烯（PTFE）一步完成了硬模板（SiO2）蚀刻和过渡金属氟化，并同时实现了构建多孔碳基材。以及金属氟化物的生成，该复合材料可用于实现锂离子电池的高倍率性能和长循环稳定性。
多孔碳基底具有三维海绵状结构。丰富的孔隙不仅加速电子转移并改善锂离子扩散动力学，而且缓冲锂化/脱锂过程中严重的体积膨胀，并能诱导形成均匀、薄且稳定的富含Li2CO3/LiF的正极-电解质界面（CEI）。以FeF3为例，电化学性能表明，所制备的多孔FeF3@C复合材料（p-FeF3@C）在0.1 C下具有230 mAh g-1的高比容量，在1 C下循环200次后的容量保持率C 还有92.5%。此外，全电池与预锂化石墨阳极相结合的优异电化学性能证明了该策略的实用性。因此，所提出的新合成策略将启发未来高性能多孔结构金属氟碳储能复合材料的设计。该工作以“In-Situ Synthesis of Porous Metal Fluoride@Carbon Composite Via Simultaneous Etching/Fluorination Enabled Superior Li Storage Performance”为题发表在国际知名期刊《Nano Energy》上。
【内容说明】
首先将前驱体（SiO2、葡萄糖、硝酸铁）通过机械球磨混合均匀；其次，将混合物在氩气（Ar）气氛中在800下热处理2小时以生成铁碳化合物并完成葡萄糖的碳化。同时，SiO2模板剂均匀地嵌入碳基体中；最后，将复合中间体与PTFE混合。当在Ar气氛中温度升至600时，PTFE分解成CF4，CF4可原位蚀刻SiO2并生成氟化铁。由此得到p-FeF3@C复合材料。该方法避免了传统液相氟化和蚀刻带来的废水处理问题。因此，在这个过程中，PTFE既是蚀刻剂，又是氟化剂，因此其双重作用可视为“一石二鸟”之策。
p-FeF3@C纳米复合材料制备示意图
通过XRD 和XPS 表征了FeF3 的成功形成。此外，通过SEM和TEM从微观角度观察到丰富的多孔结构。通过BET测试复合材料的孔隙率，证明SiO2的引入成功地在p-FeF3@C中构建了更多的介孔结构。 p-FeF3@C中碳基体的引入和丰富的纳米孔非常有利于电导率和Li+扩散速率的提高，并减轻FeF3在重复锂化/脱锂过程中的体积变化。
图1 p-FeF3@C纳米复合材料的物理性能表征
为了进一步证明p-FeF3@C优异的电化学性能，以商用FeF3作为对照组，对其在充放电电压范围（2.0-4.5 V）下进行研究。 p-FeF3@C在不同电流条件下表现出比商用FeF3更好的倍率性能。在5C下获得了189.2mAh g-1的可逆循环容量。长期循环性能也非常优异。 p-FeF3@C正极在第100次和第200次循环时的容量保持率分别为95%和92.5%，库仑效率接近100%。
图2 p-FeF3@C电极的电化学表征
为了进一步探讨p-FeF3@C电极的电化学动力学和Li+储存机制，不同扫描速度下的CV测试证明p-FeF3@C具有更大的电容贡献。这是因为多孔结构增加了活性材料的表面积，有利于锂离子的快速传输，有助于增强其倍率性能。奈奎斯特图显示p-FeF3@C正极的RCEI和Rct之和明显低于商用FeF3正极，表明该复合材料降低了界面电阻，增加了其表面活性位点数量，并大大提高了反应动力学。加速。 GITT的测试结果更直观地说明p-FeF3@C正极比商用FeF3正极具有更快的Li+扩散速率和更快的电化学反应动力学。此外，SEM截面分析发现3D框架的多孔结构可以有效缓解循环过程中的体积膨胀。
图3 p-FeF3@C正极锂离子存储机理及电化学动力学研究
DFT结果表明p-FeF3@C复合材料的带隙减小，导致导带向费米能级移动。通过理论计算还发现F掺杂碳对复合材料的导电性能有一定的贡献。由此可见，p-FeF3@C可以极大改善金属氟化物电子电导率低的缺点，有效促进Li+的传输。
图4. 所得样品电导率的计算研究
通过对循环电极不同刻蚀深度的XPS分析，结果表明p-FeF3@C阴极和商用FeF3阴极均具有内层无机层、外层有机层的CEI结构。 p-FeF3@C阴极的CEI有机层厚度比商业FeF3阴极更薄，并且无机层主要成分Li2CO3和LiF的含量更高，这有助于控制均匀性Li+的传输并阻止电解质继续流动。分解形成更均匀、致密的CEI薄膜。
图5. p-FeF3@C 和商用FeF3 电极CEI 在0.1C 下进行100 个循环的XPS 溅射分析。
为了进一步证实上述观点，对CEI主要成分的含量进行了详细的统计分析，结果与上述分析一致。通过TEM观察发现，p-FeF3@C阴极的CEI厚度比商业FeF3阴极更薄且更均匀。通过CEI截面示意图分析了p-FeF3@C正极和商用FeF3正极的CEI组成和含量。结果表明，p-FeF3@C正极具有均匀、致密且薄的CEI薄膜，从而实现了长循环稳定性。商用FeF3 阴极上的CEI 很容易破裂，因为它无法承受充电和放电过程中体积变化引起的机械应力。因此，破裂的CEI将引发电解液的持续分解并产生更多的副产物，导致循环性能不佳。
图6. (a-d) p-FeF3@C 和(e-h) 商用FeF3 电极的CEI 成分含量分析，(i) p-FeF3@C 电极和(j) 商用FeF3 电极循环后的TEM 图像，(k) 示意图p-FeF3@C 电极和(l) 商用FeF3 电极上形成的CEI 结构图。
为了进一步评估p-FeF3@C电极在实际应用中的可行性，通过全电池测试探讨了其电化学性能。锂化石墨（PLG）||p-FeF3@C全电池在液体电解质中表现出良好的倍率性能和循环稳定性，在固态电池中循环150次后容量保持率为94.7%，平均库仑效率为97.8%。
图7 PLG||p-FeF3@C全电池电化学性能研究
用户评论
这篇文章真是太棒了！“一石二鸟”策略真是太巧妙了，能够同时解决锂离子电池的能量密度和循环稳定性问题，简直是太牛了！
有6位网友表示赞同！
这个多孔复合无锂正极材料的结构设计真是让人眼前一亮！它不仅能够提高能量密度，还能有效抑制电池的容量衰减，真是未来锂离子电池的希望啊！
有7位网友表示赞同！
虽然这个研究看起来很有潜力，但我还是有些担心它的实际应用。毕竟，现在还没看到它在实际电池中的测试结果，希望作者能尽快提供更多实验数据来支持他们的结论。
有15位网友表示赞同！
作者提出的“一石二鸟”策略真是太吸引人了，让我对未来高性能锂离子电池的发展充满期待！
有19位网友表示赞同！
这篇文章的写作风格有点过于学术化，对于我这种非专业人士来说，理解起来有点吃力。希望作者能用更通俗易懂的语言来解释他们的研究成果。
有19位网友表示赞同！
这篇文章的研究内容非常前沿，但我觉得它的结论还不够充分，需要更多实验数据来验证。
有12位网友表示赞同！
作者提出的“一石二鸟”策略很有创意，但也需要考虑其成本和生产难度。
有14位网友表示赞同！
这个多孔复合无锂正极材料的合成过程有点复杂，不知道它的实际生产成本如何？
有13位网友表示赞同！
这篇文章的实验数据非常翔实，充分证明了多孔复合无锂正极材料的优异性能。
有16位网友表示赞同！
作者提出的“一石二鸟”策略虽然很巧妙，但也需要考虑其对电池整体性能的影响。毕竟，电池的性能是由多个因素决定的。
有16位网友表示赞同！
我个人觉得这篇文章的研究方向非常值得关注，希望能看到更多关于这种新型正极材料的研究成果。
有19位网友表示赞同！
文章中提到“一石二鸟”策略，可以同时解决锂离子电池的能量密度和循环稳定性问题，我很期待看到这种材料实际应用的成果！
有8位网友表示赞同！
虽然文章中提到的材料很有潜力，但我还是有些担心它的安全性。毕竟，无锂正极材料的安全性一直是人们关注的焦点。
有6位网友表示赞同！
文章中提到了“一石二鸟”策略，我觉得这种策略非常值得借鉴，可以应用到其他材料领域。
有12位网友表示赞同！
文章中提到的材料合成过程看起来很复杂，不知道实际生产过程中是否能够实现大规模量产？
有18位网友表示赞同！
这个多孔复合无锂正极材料真是太厉害了！它的性能竟然比传统的正极材料还要出色，真是让人叹服！
有7位网友表示赞同！
作者提出的“一石二鸟”策略真是太巧妙了，能够同时解决锂离子电池的能量密度和循环稳定性问题，真是太牛了！
有18位网友表示赞同！
文章中提到的“一石二鸟”策略，让我对未来锂离子电池的发展充满了期待！
有16位网友表示赞同！
虽然这篇文章的内容比较专业，但是作者的写作风格非常流畅，让我能够轻松地理解文章的重点。
有5位网友表示赞同！
文章中提到的材料合成方法很有参考价值，可以借鉴到其他领域的研究中。
有14位网友表示赞同！