Fe2PC复合纳米纤维用作高性能锂离子电池的自支撑柔性负极

　　ACS Appl. Mater. Interfaces：Fe2P/C复合纳米纤维用作高性能锂离子电池的自支撑柔性负极
　　DOI: 10.1021/acsami.1c05989
　　具有高比容量的磷化铁已成为下一代锂离子电池负极的有吸引力的候选材料。然而，磷化铁在循环过程中会发生转化反应，并且由于其结构粉碎，通常容量会迅速下降。此外，磷化铁由于其刚性而发生的化学机械击穿一直是充分实现其电化学性能的挑战。为了应对这一挑战，研究者提出了一种柔性、独立磷化铁负极，其中将Fe2P纳米颗粒限制在碳纳米纤维中。对于合成部分，采用简便的静电纺丝策略可以在碳基质中原位形成Fe2P。这种碳基体可以有效地减少Fe2P颗粒的结构变化，防止其粉碎，使电极在长期循环后保持独立结构。所制备的电极在锂离子半电池和全电池以及柔性软包电池中显示出优异的电化学性能。上述结果表明磷化铁材料在高容量、轻质和柔性储能方面取得了重大进展。
　　图1.（a）Fe2P/C复合纳米纤维的合成过程示意图。（b）（黄色）煅烧之前和（黑色）之后所得垫子和切割圆盘的照片。（c）不同样品的XRD图谱。（d）Fe2P的晶体结构。
　　图2.（a-c）所制备的Fe2P/C样品（Fe2P/C-2.0，Fe2P/C-1.6，Fe2P/C-1.2）的SEM图像，（a）的插图是Fe2P/C-2.0的低倍率SEM图像。（d-e）Fe2P/C-2.0的TEM图像，（e）的插图是受限纳米颗粒的高倍率TEM。Fe2P/C-2.0的（f）STEM、（g）EDS线扫描和（h-m）EDS元素图。
　　图3.（a-c）Fe2P/C-2.0的XPS光谱：（a）Fe2p，（b）P2p，和（c）C1s。（d）Fe2P/C-2.0的N2吸附-解吸等温线和孔径分布。
　　图4.（a）Fe2P/C-2.0电极在0.1mV/s扫描速率下的CV曲线。（b）Fe2P/C-2.0电极在0.2A/g电流密度下的前三个GCD循环。（c）不同电极（Fe2P/C-1.2、Fe2P/C-1.6和Fe2P/C-2.0）的循环稳定性比较。（d）Fe2P/C电极在不同电流密度（0.1-5A/g）下的倍率性能。（e）Fe2P/C-2.0在2A/g的高电流密度下的长期稳定性。由电极的总质量对Fe2P/C的容量进行归一化。
　　图5.（a，b）Fe2P/C-2.0电极在首次放电至0.01V后的TEM图像和（c）SAED。（d）电极的GITT电位曲线与测试时间的关系。Fe2P/C-2.0电极在300次循环后的（e，f）TEM图像，（g，h）EDS线扫描和（i）SEM图像。（j）电池中自支撑Fe2P/C电极的转换机制示意图。
　　图6.（a）Fe2P/C基全电池的电池配置示意图。（b）NMC正极（4.3-2.5V vs Li/Li+）和Fe2P/C负极（Fe2P/C-2.0，3-0.01V vs Li/Li+）的电压曲线。（c）全电池的倍率性能和（d）循环稳定性。（e）组装的柔性Fe2P/C//NMC锂离子软包电池在不同弯曲状态下运行的照片。
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