Li3VO4N掺杂碳纳米纤维的可控合成及其锂离子存储性能

　　三峡大学倪世兵Electrochim. Acta：Li3VO4/N掺杂碳纳米纤维的可控合成及其锂离子存储性能
　　DOI: 10.1016/j.electacta.2021.138386
　　Li3VO4（LVO）具有能量密度高、安全性能好等优点，是一种很有前途的负极材料。然而，由于其固有的不良反应动力学，该负极材料的性能并不理想。本研究使用低成本原材料，通过简便的静电纺丝法成功合成了形态可控的LVO/N掺杂碳纳米纤维（LVO/NC NFs）。所设计的LVO/NC NFs具有出色的反应动力学，在整个循环过程中具有较高的赝电容锂离子存储性能，从而产生了超高的容量和优异的倍率性能。在0.2A/g下进行400次循环后，放电容量为750mAh/g，在2.0A/g下进行900次循环后，放电容量可达545mAh/g。在0.2-4.0A/g的170次循环期间进行了2次周期性倍率性能测试后，当电流减小至0.2A/g时，放电容量仍恢复为717mAh/g。通过简便的静电纺丝调节LVO的反应动力学，为制备高性能LVO基负极材料提供了可行的策略。
　　图1.LVO/NC NFs（20，3-5）的形态和微观结构信息。（a）低倍率和（b）高倍率SEM图像。（c）低倍率和（d）高倍率TEM图像。（e）HRTEM图像，（f）SAED图谱，（g）扫描TEM图像以及V、O、C和N映射。
　　图2.LVO/NC NFs（20，3-5）的晶体结构和组成表征。（a）XRD图，（b）TG曲线，（c）拉曼光谱，（d）N2吸附/解吸等温线和孔径分布。（e）全扫描XPS光谱以及（f）V2p，（g）O1s，（h）C1s和（i）N1s的高分辨率光谱。
　　图3.LVO/NC NFs（20，3-5）的电化学性能。（a）当扫描速率为0.2mV/s时，3-0V范围内的初始三个循环伏安曲线。（b）在0.2A/g下的初始三个充电和放电曲线，以及（c）相应的循环性能。（d）第5、85和165次充放电曲线，以及（e）倍率性能测试的循环稳定性。（f）2.0A/g下的长期循环性能。
　　图4.（a）LVO/NC NFs（18，3-5）的低倍和（b）高倍SEM图像。（c）LVO/NC NBs（22，3-5）的低倍和（d）高倍SEM图像。
　　图5.（a）LVO/NC（20，0-5）的低倍和（b）高倍SEM图像。（c）LVO/NC（20，5-5）的低倍和（d）高倍SEM图像。
　　图6.（a，c，e，g，i）不同LVO/NC电极在0.5A/g下的初始三个充电/放电曲线和（b，d，f，h，j）循环性能。（a，b）LVO/NC NFs（18，3-5），（c，d）LVO/NC NFs（20，3-5），（e，f）LVO/NC NBs（22，3-5），（g，h）LVO/NC（20，0-5），（i，j）LVO/NC（20，5-5）。
　　图7.所制备的LVO/NC电极的电化学反应动力学。（a）在不同纺丝电压下LVO/NC电极的EIS光谱，（b）拟合的Rct和（c）Z’与ω-1/2的关系。（d）在不同退火条件下LVO/NC电极的EIS光谱，（e）拟合的Rct和（f）Z’与ω-1/2的关系。（g）在不同状态下LVO/NC NFs（20，3-5）的EIS光谱，（h）拟合的Rct和（i）Z’与ω-1/2的关系。
　　图8.LVO/NC NFs（20，3-5）的锂离子存储电化学性能。（a-d）各种扫描速率下的CV曲线。（e-h）拟合的伪电容电荷存储。（i-1）各种扫描速率下电荷存储的伪电容贡献率。（a，e，i）新鲜的LVO/NC NFs（20，3-5），（b，f，j）5个循环后的LVO/NC NFs（20，3-5），（c，g，k）10个循环后的LVO/NC NFs（20，3-5），（d，h，l）20个循环后的LVO/NC NFs（20，3-5）。