ChemSusChem:氯离子掺杂的管状聚吡咯负极助力高功率锂离子电池

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随着电动汽车和大规模电网的快速发展,高功率锂离子电池已成为近年来的重要研究方向。由于商业化的负极材料石墨的理论比容量较低,极大地限制了锂离子电池的能量密度,因此,急需开发高比容量新型负极材料以满足电池能量密度的发展要求。导电性聚合物作为一类重要的聚合物材料,其结构和组成可控,具有柔性,在循环过程中可缓解电极反应产生的应力,被广泛应用在电池领域。聚吡咯(PPy)作为一种典型的p型导电聚合物表现出高的导电性,并且制备方法简单而备受研究人员青睐,但是,较差的反应动力学和低的比容量限制了PPy在高功率锂离子电池中的应用。



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最近,西安交通大学杜显锋教授团队和新加坡南洋理工大学曹迅助理研究员通过微观结构设计和杂原子掺杂技术制备了氯离子(Cl-)和甲基橙阴离子(MO-)共掺杂的管状PPy聚合物,并将其作为负极材料用于锂离子电池。研究团队发现该PPy负极具有出人意料的电化学性能,在电流密度为200 mA g-1时可逆放电比容量为2067.8mAh g-1,甚至在10 A g-1时的比容量也高达1026 mAh g-1,同时实现了高能量密度(724 Wh kg-1)和功率密度(7237 W kg-1)。结合GITT、变温EIS和CV测试结果表明,Cl-和MO-共掺杂可以提高吡咯链的有序度和共轭长度,形成丰富的导电畴,增加吡咯基体内部的导电通道和活性位点,从而获得电荷快速转移、低离子转移能垒和快速反应动力学。另外,PPy的柔性和管状中空结构可有效缓解锂离子插入/脱出过程中的体积变化,维持电极结构稳定性。该方法为探索高能量/功率密度聚合物锂离子电池提供了一种新的思路。

文信息

Tubular Polypyrrole with Chloride Ion Dopants as an Ultrafast Organic Anode for High-Power Lithium-Ion Batteries

Dr. Mingbo Ma, Prof. Xianfeng Du, Xizi Chen, Sen Liang, Dr. Zhongshuai Liang, Zhuo Li, Dr. Xun Cao, Dr. Shan Huang, Dr. Yuehong Xie, Dr. Shixin Wang, Dr. Jingjing Ma, Prof. Lilong Xiong


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202202174




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