化学学报 ›› 2022, Vol. 80 ›› Issue (6): 756-764.DOI: 10.6023/A21120552 上一篇 下一篇
研究论文
毕文超, 张琳锋, 陈健, 田瑞雪, 黄昊*(), 姚曼*()
投稿日期:
2021-12-09
发布日期:
2022-07-07
通讯作者:
黄昊, 姚曼
基金资助:
Wenchao Bi, Linfeng Zhang, Jian Chen, Ruixue Tian, Hao Huang(), Man Yao()
Received:
2021-12-09
Published:
2022-07-07
Contact:
Hao Huang, Man Yao
Supported by:
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过渡金属磷化物电位低且比容量高, 是有发展前景的锂离子电池(LIBs)负极材料. 其中, ZnP2属于双活性负极材料, Zn与P都能与Li+发生反应, 储Li+性能更具有竞争力. 但是, 对于ZnP2的锂化机理及产物尚不明确. 采用第一性原理计算和电化学测试方法研究了ZnP2的电子性质和电化学性能, 通过理论计算和实验测试相结合阐述了ZnP2的锂化机制. 首先, 以密度泛函理论(DFT)计算揭示了ZnP2的锂化机理、Li+扩散路径、势垒和理论比容量(1477 mAh/g). 其次, 通过直流电弧等离子体法及固相烧结法合成ZnP2, 并测试其首圈放电曲线, 显示放电容量为1439 mAh/g, 与理论计算结果相近. 此外, 薄膜X射线衍射(XRD)检测最终产物成分为LiZn和Li3P, 与DFT计算结果一致.
毕文超, 张琳锋, 陈健, 田瑞雪, 黄昊, 姚曼. 单斜ZnP2负极材料的锂化机理及性能[J]. 化学学报, 2022, 80(6): 756-764.
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Metal phosphide | P/M | Classification | Capacity/(mAh•g–1) |
---|---|---|---|
FeP2 | >1 (高磷比) | 单活性 | 1365[ |
CuP2 | >1 (高磷比) | 单活性 | 1280[ |
GeP5 | >1 (高磷比) | 双活性 | 2266[ |
ZnP2 | >1 (高磷比) | 双活性 | 1477 |
Ni2P | ≤1 (低磷比) | 单活性 | 542[ |
Sn4P3 | ≤1 (低磷比) | 双活性 | 1255[ |
Metal phosphide | P/M | Classification | Capacity/(mAh•g–1) |
---|---|---|---|
FeP2 | >1 (高磷比) | 单活性 | 1365[ |
CuP2 | >1 (高磷比) | 单活性 | 1280[ |
GeP5 | >1 (高磷比) | 双活性 | 2266[ |
ZnP2 | >1 (高磷比) | 双活性 | 1477 |
Ni2P | ≤1 (低磷比) | 单活性 | 542[ |
Sn4P3 | ≤1 (低磷比) | 双活性 | 1255[ |
Bond length/nm | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Zn(1)—P(1) | Zn(1)—P(2) | Zn(2)—P(3) | Zn(2)—P(4) | P(1)—P(3) | P(2)—P(4) | |
ZnP2 | 0.237 | 0.244 | 0.244 | 0.237 | 0.223 | 0.223 |
LiZnP2 | 0.236 | 0.244 | 0.235 | 0.262 | 0.221 | 0.230 |
Li3ZnP2 | 0.238 | 0.240 | 0.234 | 0.400 | 0.399 | 0.389 |
Li5ZnP2 | 0.536 | 0.226 | 0.231 | 0.406 | 0.675 | 0.389 |
Li7ZnP2 | 0.5639 | 0.461 | 0.250 | 0.411 | 0.529 | 0.403 |
Bond length/nm | ||||||
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Zn(1)—P(1) | Zn(1)—P(2) | Zn(2)—P(3) | Zn(2)—P(4) | P(1)—P(3) | P(2)—P(4) | |
ZnP2 | 0.237 | 0.244 | 0.244 | 0.237 | 0.223 | 0.223 |
LiZnP2 | 0.236 | 0.244 | 0.235 | 0.262 | 0.221 | 0.230 |
Li3ZnP2 | 0.238 | 0.240 | 0.234 | 0.400 | 0.399 | 0.389 |
Li5ZnP2 | 0.536 | 0.226 | 0.231 | 0.406 | 0.675 | 0.389 |
Li7ZnP2 | 0.5639 | 0.461 | 0.250 | 0.411 | 0.529 | 0.403 |
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