華中科技大學(xué)謝佳教授、霍開富教授：（002）優(yōu)勢晶面二維氮化鉬催化低分解電位草酸鋰用于高能量密度鋰離子電池
文章來源： 更新時(shí)間：2025-05-30 15:54:05
|
【研究背景】
鋰離子電池由于其高能量密度，長循環(huán)壽命，被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備，新能源汽車以及大規(guī)模儲能設(shè)施。然而鋰離子電池負(fù)極材料（如石墨，硅碳等）具有其較低的鋰化電位，導(dǎo)致電解液在循環(huán)過程中在材料表面持續(xù)分解，形成不可逆固態(tài)電解質(zhì)膜，大量消耗電池中的鋰，進(jìn)而使得電池能量密度持續(xù)降低，極大程度損害電池循環(huán)壽命。因需要此引入額外的鋰離子來提升電池能量密度和循環(huán)壽命。草酸鋰（Li2C2O4）由于其高理論容量，較低的理論分解電位以及成本，被認(rèn)為是理想的預(yù)鋰化劑，然而由于其較高的反應(yīng)能壘和低固有電導(dǎo)率導(dǎo)致其分解電位高于4.5 V，這嚴(yán)重考驗(yàn)了電解液和電極的耐受性，并極大地影響了電池性能。傳統(tǒng)改性策略如引入催化劑或者導(dǎo)電劑等方法可以有效提升材料的導(dǎo)電性，降低材料的分解能壘，進(jìn)而降低草酸鋰的分解電位。然而草酸鋰的分解電位始終高于4.0V，遠(yuǎn)高于商業(yè)磷酸鐵鋰正極材料的工作電位，因此迫切需要引入一種新的催化劑以構(gòu)建低分解電位草酸鋰預(yù)鋰化劑，以彌補(bǔ)鋰離子電池不可逆鋰損失，助力電池長壽命循環(huán)。
【工作簡介】 近日，華中科技大學(xué)謝佳教授和霍開富教授等通過構(gòu)建具有（002）優(yōu)勢晶面二維MoN催化劑，促進(jìn)Li2C2O4的低電位分解。氮化鉬具有表面鉬原子的半填充電子態(tài)和超高電子傳導(dǎo)性，能有效吸附和催化Li2C2O4的分解，從而將鋰釋放反應(yīng)能壘降低了 46.8%。因此，Li2C2O4 的鋰釋放電位降低到3.9 V。該文章發(fā)表在國際頂級期刊Materials Science and Engineering: R: Reports上。呂涂安、鐘偉和何仁杰為本文第一作者。
【內(nèi)容表述】 由于草酸鋰本身較低的電子和離子電導(dǎo)率使得其實(shí)際分解電位較高。為了降低草酸鋰的分解電位，催化劑的選取尤為重要。其不僅需要降低草酸鋰的分解活化能，同時(shí)本身需要較高的電子電導(dǎo)。本文設(shè)計(jì)的具有（002）優(yōu)勢晶面的二維氮化鉬，其本身具有較高的電子導(dǎo)電性，同時(shí)表面Mo原子的3d軌道半填充狀態(tài)能有效的對草酸鋰進(jìn)行吸附和催化草酸鋰分解，使得材料的分解活化能降低，最終制備得到3.9V低分解電位草酸鋰催化劑。 核心結(jié)論 本文合成了一種具有優(yōu)勢（002）晶面的二維 MoN 催化劑。由于其表面的 Mo 原子處于半填充狀態(tài)，MoN 催化劑能有效吸附和催化Li2C2O4，Li2C2O4的反應(yīng)能壘顯著降低了 46.8%。此外，它的高電子傳導(dǎo)性增強(qiáng)了MoN-Li2C2O4的傳導(dǎo)性，使 Li2C2O4的分解電位降至 3.9V。當(dāng)與 LFP 和 NCM 電極配對時(shí)，MoN-Li2C2O4復(fù)合材料使石墨 || LFP-L 電池和 SiOx || NCM-L 電池的容量分別提高了5.5%和11%。更重要的是，Li2C2O4誘導(dǎo)了富氟 SEI，從而延長了電池的循環(huán)壽命。
【文獻(xiàn)詳情】 Tuan Lv, Wei Zhong, Renjie He, Feng Zhou, Jingyu Xiang, Kaifu Huo*, Jia Xie*, Low-potential Li2C2O4 prelithiation catalyzed by 2D MoN with dominant (002) crystal face for high-energy lithium-ion batteries, Materials Science and Engineering: R: Reports, 2025, 165, 101014. https://doi.org/10.1016/j.mser.2025.101014.
【作者簡介】 謝佳，華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，國家杰出青年基金獲得者，國家高層次人才計(jì)劃青年項(xiàng)目入選者，科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和青年973項(xiàng)目首席科學(xué)家，英國皇家化學(xué)學(xué)會Fellow，先進(jìn)電工材料與器件研究中心副主任，IEEE PES中國區(qū)儲能材料與器件技術(shù)分委會副主席。2002年和2008年在北京大學(xué)和斯坦福大學(xué)分別獲學(xué)士和博士學(xué)位，曾任美國陶氏化學(xué)資深研究員、合肥國軒高科研究院院長。主要從事電化學(xué)儲能研究，主持儲能電池領(lǐng)域重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、青年973、基金委杰青和聯(lián)合基金重點(diǎn)等多個(gè)國家級項(xiàng)目，以第二完成人榮獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，以第一完成人榮獲新疆科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國電工技術(shù)學(xué)會科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和首屆青年科技獎(jiǎng)。以第一/通訊作者發(fā)表SCI論文200余篇，獲專利授權(quán)100余項(xiàng)。擔(dān)任《儲能科學(xué)與技術(shù)》編委和Interdisciplinary Materials學(xué)術(shù)編輯。
霍開富教授，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心教授、博士生導(dǎo)師、“華中卓越學(xué)者”首席教授。國家萬人計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國家百千萬人才、國家有突出貢獻(xiàn)中青年專家、國務(wù)院政府特殊津貼專家、英國皇家化學(xué)會會士、湖北省有突出貢獻(xiàn)中青年專家、湖北省新世紀(jì)高層次人才、湖北省楚天學(xué)者特聘教授和武漢市黃鶴英才。主要從事電化學(xué)儲能和能源催化研究。主持國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)/面上、湖北省技術(shù)創(chuàng)新重大項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體、湖北省楚天英才創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，發(fā)表SCI論文200余篇，他引16,000余次，H因子為68，授權(quán)中國發(fā)明專利50余項(xiàng)（其中15項(xiàng)專利實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化）。兼任IEEE PES儲能材料與器件分委會常務(wù)理事、中國電工技術(shù)學(xué)會超級電容器與儲能技術(shù)專委會委員、中國能源學(xué)會專家委員會新能源組專家委員、中國復(fù)合材料學(xué)會礦物復(fù)合材料專委會委員。 |
相關(guān)新聞
- [2025-05-30]·中國石化聯(lián)副會長傅向升：石化產(chǎn)
- [2025-05-30]·應(yīng)急管理部發(fā)布《精細(xì)化工企業(yè)安
- [2025-05-30]·中國石化氫能基金設(shè)立
- [2025-05-29]·生態(tài)環(huán)境部：八類生態(tài)環(huán)境違法案
- [2025-05-29]·安徽恒光聚氨酯擬繼續(xù)擴(kuò)增聚氨酯
- [2025-05-30]·華中科技大學(xué)謝佳教授、霍開富教
- [2025-05-30]·反射率0.5%、彎折10萬次…中國"
- [2025-05-30]·首船粗甘油成功接卸！青島高端化
- [2025-05-30]·天大開發(fā)流線型可注射水凝膠
- [2025-05-30]·愛帛化學(xué)成功開發(fā)車載觸控顯示屏
主辦單位：山東省化工情報(bào)信息協(xié)會
山東省濟(jì)南市文化東路80號郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報(bào)信息協(xié)會 版權(quán)所有 備案號：魯ICP備2021036540號
山東省濟(jì)南市文化東路80號郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報(bào)信息協(xié)會 版權(quán)所有 備案號：魯ICP備2021036540號
魯公網(wǎng)安備 37010202001033號