丰度高的三元氮化物负极的组成依赖电化学性能
材料科学
2022-07-18 v1 应用物理
化学物理
摘要
锂离子电池不断增长的储能需求促使人们探索新型电化学材料作为下一代电池电极材料。本工作中，我们研究了此前未被探索的、丰度高且可调的 Zn1-xSn1+xN2（x = -0.4 至 x = 0.4）薄膜的电化学性能，其显示出高电导率与高的 Li 嵌入质量比容量。与已发表的两端组分 Zn3N2 和 Sn3N4 相比，实现了增强的循环性能，表现出降低的不可逆损失以及提升的总容量与循环稳定性。所有组分观测到的平均可逆容量均 > 1050 mAh/g，而缺 Zn（x = 0.2）薄膜为 1220 mAh/g。极富 Zn 薄膜（x = -0.4）显示出改善的附着力；然而富 Zn 薄膜在首次循环中发生相变。缺 Zn 与化学计量比薄膜未表现出常困扰氮化物材料的显著相变，且在 0.5 V 平台无所需过电势。阳离子组成 x 被探究作为调控相关力学与电化学性能（如容量、过电势、相变、电导率与附着力）的机制。锂化/脱锂实验证实了可逆电化学反应。无任何粘结添加剂时，沉积态电极发生剥离导致容量快速衰减。我们通过减少的电极减薄展示了该降解的力学本质，从而因力学稳定性提升而获得循环稳定性改善的电池。结合组成与电化学分析，本工作首次展示了三元 Zn1-xSn1+xN2 的组成依赖电化学性能，并提出了用于提升可逆容量与循环稳定性的丰度高三元氮化物负极。
引用
@article{arxiv.2207.07585,
title = {Composition dependent electrochemical properties of earth-abundant ternary nitride anodes},
author = {M Brooks Tellekamp and Anna Osella and Karen N Heinselman and Adele C Tamboli and Chunmei Ban},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.07585},
year = {2022}
}