圖1. bInSb@C的制備及表征首先,金屬元素的使用可以保證正極活性物質優異的電子導電性和高容量。其次,二元金屬間化合物比金屬單體具有更大的初始晶格體積,從而可以緩解體積膨脹的問題。最后,具有晶格可逆性的二元金屬間化合物的設計進一步提高了循環穩定性。銻化銦(InSb)在鋰化/脫鋰過程中具有完全可逆的晶格,并作為金屬元素合金提供出色的導電性。同時,InSb的理論重量和體積容量分別高達827 mAh g-1和4777 mAh cm-3。此外,相對體積膨脹率僅為143%。因此,這些優異的性能使InSb成為LIBs負極的可能優秀候選者。
圖2. 扣式電池性能因此,這項工作通過原位拉曼測試和理論計算深入研究InS的儲鋰機理,為后續對該類材料的研究提供了理論指導。研究中發現InSb中In晶須的生長,會破壞SEI,不斷消耗電解液,也有可能導致活性物質脫離,造成嚴重的容量損失。在這方面,利用碳涂層處理抑制晶須生長和脫離是克服這一弱點的有前景的方法。結果,在微米級球磨和碳包覆的InSb (bInSb@C)負極中,活性材料利用率顯著提高,In晶須的生長受到抑制,其在0.2 C下的可逆容量為733.8 mAh g-1,并且在3 C下循環200次后提供411.5 mAh g-1的容量,平均庫侖效率為99.95%。該策略在軟包電池中得到驗證,說明晶格可逆二元金屬間化合物用作商業柔性LIBs負極的巨大潛力。
圖3. 軟包電池性能Lithium Storage Mechanism and Application of Micron-Sized Lattice-Reversible Binary Intermetallic Compounds as High-Performance Flexible Lithium-Ion Battery Anodes. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202105172