合成的Bi2WO6小说为锂离子电池阳极材料

文摘

三维(3 d) Bi2WO6微球由水热法成功合成使用Bi(3号)3·5 h2o和NaWO4·2水为原料。样品的结构和形态的特征x射线衍射(XRD)、x射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)。结果表明,Bi2WO6微球的形态。作为锂离子电池的新型阳极材料(库),预先埋设的Bi2WO6电极展品高可逆容量和良好的循环性能在室温下潜在的窗口从3.0到0.01 V(与李+ /李)100 mAg−1的电流密度。Bi2WO6阳极初始放电容量为1218 mAhg−1和保留其可逆容量在922 mAhg−1 129年以后周期。形态学的Bi2WO6微球是一种很有前途的锂离子电池阳极材料的应用程序。

关键字

化学合成、无机化合物、电化学性质,阳极材料

介绍

近年来,锂离子电池(LIBs)征服了便携式电子设备的市场,因为他们的长寿命的优点,高能量密度等。1- - - - - -3]。然而,商业graphite-based阳极具有理论比容量较低(372 mAhg¹),不能满足日益增长的要求更高的能量密度(4),从而限制了其应用范围。此外,安全问题可能发生在锂离子电池charged-discharged在高5]。因此,应开发新型阳极材料。

密集的研究已经进行了寻找新的电极材料具有更高的能力比传统材料近年来,例如,CaWO₄(6),FeWO₄(7),ZnWO₄(8),(我们的生活₄)₂(9)和Bi₂我们₆(10]研究了作为填词的阳极材料。在不久的过去,Bi-W-O系统也吸引了很多的利益,因为高(670 mAhg理论能力¹)。张等人研究了Bi₂我们₆复合材料作为阳极材料锂离子电池,其可逆容量是427.8 mAhg维护¹电流密度的50个杂志¹(11]。虽然吴等人合成了Bi₂我们₆与nanoplate-built层次鸡窝状结构,电化学性能不满意(12]。在我们的工作,3 d-bi₂我们₆微球被温和的水热合成方法。它作为阳极材料的电化学性能进行了研究。

实验

材料

Bi的前体₂我们₆微球是由水热合成方法使用盐(Bi(没有₃)₃h·5₂啊,那₂我们₄h·2₂O)金属源和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂。所有的试剂都是分析纯(境)试剂和使用前未经纯化。去离子水是用于实验。在一个典型的合成过程中,Bi(没有₃)₃h·5₂O(2.5更易)和PVP (0.5 g)溶解在40毫升蒸馏水在磁搅拌混合解决方案。Na₂我们₄h·2₂O(1.25更易)慢慢加入混合解决方案。磁搅拌一个小时后,混合溶液转移到50毫升teflon-lined不锈钢高压釜和退火24小时的180°C。的前身是好几次用蒸馏水和乙醇洗净,和干真空60°C下12 h。前身是在400°C在空气中加热3小时获得预期的样本。

描述的样品

Bi的晶体结构₂我们₆以x射线衍射(XRD)使用铜K_α辐射源(力量中心——AXS D8衍射仪)。粒子大小的样本观察通过扫描电子显微镜(扫描电镜;JEOL地产6510 v)。能量色散谱(EDS)来检测金属元素的内容执行预期的化合物。元素的化合价在样本分析使用x射线光电子能谱仪(XPS, Escalab 250 xi)多通道检测器,可以承受高光子从0.1到3 keV能量。

电化学测量

充电/放电进行了测试使用CR2025 coin-type细胞自动电池测试系统(严格检验中国)。工作电极是由60 wt. %和粉末的混合物,30 wt. %乙炔黑和10 wt。%聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂。在使用之前,电极在120°C在真空干燥炉为24小时。锂箔作为对电极和电解质LiPF是1米₆碳酸亚乙酯的混合物(EC)和碳酸二甲酯(DEC) (1:1, v / v)。所有测试细胞聚集在一个包含小于1 ppm的充氩手套箱的氧气和水分。这些细胞被排放,带电的恒流100杂志¹在0.01 ~ 3.00 V的电压范围(与李⁺在室温下/李)。典型的大众电极试验中使用的材料范围从5到8毫克。电化学阻抗谱(EIS)实验和循环伏安法(CV)实验使用气600 e电化学工作站。

结果与讨论

图1一个介绍了x射线衍射的Bi模式₂我们₆微观结构,主要衍射峰出现在2θ(28.586°,33.026°,47.305°,56.027°,58.355°和68.423°)可以分别对应于晶格飞机(1 0 3),(2 0 0),(2 2 0),(3 0 3),(1 0 7)和(4 0 0)六角Bi₂我们₆结构属于空间群P6 /嗯(191)(JCPDS卡片。是26 - 1044,a = b = 5.48 a, c = 11.500,和α=β= 90°,γ= 120°)。Bi₂我们₆具有较高的结晶度。此外,没有其他杂质被观察到的特征峰,这表明Bi的纯粹的阶段₂我们₆成立。

图1 b和1 c现在的扫描电子显微镜(SEM)图像和Bi₂我们₆样本。图1 b是一个典型的低放大率as-synthesized Bi的SEM图像吗₂我们₆样本,从这可以看出,聚合粒子有一个球体形态平均直径为700 ~ 800 nm。图1 c显示了一个典型的微球的表面图像在更高的放大,可以清楚地观察到表面光滑。

化学分析用能量色散x射线光谱学(EDS)表示Bi, W, O (Bi的元素₂我们₆样本),不存在其他元素中观察到图1 d。中可以看到图1 eW复合材料包含的元素Bi, Bi的摩尔比率:W = 57.62:29.86(。%),因此,Bi的摩尔比率,W在回波振荡器示例可以计算为1.9:1,基本上同意2:1的理论价值。

预期的Bi中的元素氧化态₂我们₆样本进一步确定使用x射线光电子能谱(XPS)光谱(图2)。样品的Bi 4 f山峰出现在ca。163。5 eV和ca。158.7 eV,这与Bi^{3 +}根据先前的结果。样品的W4f峰值出现在36。5 eV, 34.5 eV,表明W^{6 +}在示例中,在协议与文献报道值(13]。O 1 s轨道结合能(图2 c)与文献值的529.6 eV Bi的大部分₂我们₆。因此,可以确定as-synthesized产品纯斜方晶系的Bi₂我们₆根据XPS测量的结果。

图3一显示了Bi的充电/放电的概要文件₂我们₆电极电流速度100杂志¹为1^圣,2^nd,5^th周期(0.01 - 3 V)第一Li-insertion和提取能力高达1218年和805年的杂志¹分别用库仑效率为66.1%。这可以归因于SEI的困难的解散,以及其他因素,如材料的固有性质、动力学限制和阳离子不足(14]。此外,Bi的放电能力₂我们₆阳极在2^nd,5^th周期是861年,806 mAhg¹分别;和阳极的充电能力2^nd,5^th周期是805年,757 mAhg¹,分别。

图3 b介绍了循环稳定和库仑效率的Bi₂我们₆电极的电流密度100杂志¹,高达922 mAhg维护能力¹129年之后周期。循环过程中容量增加的现象被发现在许多阳极材料含有金属元素,虽然没有准确的解释这一现象。一些作者认为这种现象可逆的增长造成的聚合物凝胶状电影活动激活电解质退化和较大的比表面积得到碎片的结构在循环过程中15]。

Bi的速度能力₂我们₆电极在不同充放电率所示图3 c。通常,Bi的放电能力₂我们₆电极电流密度的100年、300年和500年杂志¹887、763年和565年mAhg吗¹,分别。此外,值得注意的是,还可以恢复到~ 856 mAhg能力¹当电流密度是回到100杂志¹。

三个周期的循环voltammograms退火Bi₂我们₆薄膜的潜在范围1.0 - -4.0 V所示图3 d。第一放电峰值约为2.2 V可以归结于最初的插入回波振荡器和Bi和W的减少金属与李的形成₂o .以下两个峰值之间0.5和1 V范是对应于合金化过程的两个步骤之间李和Bi (16]。第一充电过程,一个峰值约0.9 V和其他2和3之间的峰值对应的两步氧化过程Bi和W。

在充放电过程中,可修改的合金化过程导致Bi₂我们₆表现出色的循环能力,可以从简历曲线。

结论

总之,一个灵巧的锅水热方法结合热处理是用来合成3 d-bi₂我们₆微球。作为一种新型锂离子电池的阳极材料,和Bi₂我们₆电极表现出较高的可逆容量和良好的循环性能在室温下潜在的窗口从3.0到0.01 V(与李⁺/李)100年杂志的电流密度⁻¹,材料(Bi₂我们₆)是一种很有前途的和新的锂离子电池阳极材料的应用。此外,这项工作提供了一种新的简单的方法合成无机功能材料。

确认

这项研究是由贵州教育部门质量计划项目(2011)。

引用

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