Optimalisatie van Cu₂SnS₃-anodenanomaterialen: Impact van aannealing op elektrochemische prestaties

Samenvatting

Cu₂SnS₃, als gemodificeerd materiaal voor hoogcapacitieve tin-gebaseerde anoden, heeft grote potentiële toepassingen in lithium-ionbatterijen. De solvothermale methode is eenvoudig, handig, kosteneffectief en makkelijk op te schalen, en wordt daarom veel gebruikt voor de bereiding van nanokristallen. In dit werk werden Cu₂SnS₃-nanodeeltjes bereid via de solvothermale methode. De effecten van hoge-temperatuur-annealing op de morfologie, kristalstructuur en elektrochemische prestaties van een Cu₂SnS₃-nano-anode werden bestudeerd. De experimentele resultaten tonen aan dat hoge-temperatuur-annealing de elektrochemische prestaties van Cu₂SnS₃ verbetert, wat resulteert in een hogere initiële coulombische efficiëntie en verbeterde cyclus- en snelheidskarakteristieken vergeleken met het onbehandelde monster.

Inleiding

Lithium-ionbatterijen worden breed toegepast in elektrische voertuigen en draagbare elektronische apparaten, maar vereisen verdere verbeteringen van parameters zoals energiedichtheid, cycluslevensduur, vermogendichtheid, veiligheid en milieuverträgelijkheid. Energiedichtheid is een van de meest essentiële parameters omdat deze de actieradius van een elektrisch voertuig bepaalt. Conventionele lithium-ionbatterijen zijn beperkt door de specifieke capaciteit van de commerciële graafietanode (LiC₆, 372 mAh g⁻¹). Het is daarom cruciaal om anoden met hoge specifieke capaciteiten te onderzoeken om de energiedichtheid van lithium-ionbatterijen te verbeteren. In dit opzicht hebben Sn-gebaseerde anodematerialen aandacht getrokken vanwege hun hoge specifieke capaciteiten (Li₄.₄Sn, ~993 mAh g⁻¹). Deze materialen vertonen echter slechte geleidbaarheden en grote volumevergrotingen (tot 300%), wat leidt tot lage snelheden en slechte cyclusstabiliteit. Verschillende strategieën zijn verkend om de elektrochemische eigenschappen van Sn-gebaseerde anodematerialen te verbeteren. Inerte en niet-inerte elementen geïntroduceerd om Sn-gebaseerde composietmaterialen te vormen, kunnen functioneren als een buffermatrix voor volumevergroting, waardoor de structurele en cyclusstabiliteit van het materiaal verbetert. De inerte elementen die vaak worden gebruikt om Sn-gebaseerde composieten te vormen, zijn Ni, Co, Mn en Cu, en de niet-inerte elementen zijn Sb, Ge, enz. Nanomaterilisatie van elektrodematerialen kan niet alleen volumeveranderingen tijdens battericycli effectief remmen en de interne spanning van het materiaal vrijmaken, waardoor de structurele stabiliteit verbetert, maar kan ook de specifieke oppervlakte van de elektrode vergroten, wat snelle reacties aan de elektrode-interface bevordert. Bovendien kan nanomaterilisatie de diffusieafstand van lithium-ionen in het actieve materiaal aanzienlijk verkorten, wat het polarisatieverschijnsel van de elektrode vermindert en de snelheidsprestaties van de lithium-ionbatterij verbetert.

Cu₂SnS₃, als gemodificeerd materiaal voor hoogcapacitieve Sn-gebaseerde anoden gecreëerd door de introductie van inerte Cu om een legering te vormen, heeft grote potentiële toepassingen in lithium-ionbatterijen. Cu₂SnS₃ (CTS) nanoestructuurmaterialen zijn met succes bereid via een eenvoudige solvothermale methode voor natrium-ionbatterijen. De geannealde CTS-elektroden vertonen een hoge initiële herlaadbare capaciteit van 447,7 mAh g⁻¹ en een goede capaciteitsbehoud van 200,6 mAh g⁻¹ na 50 cycli bij een stroomdichtheid van 100 mA g⁻¹. Fu en Li gebruikten een eenvoudige hydrothermale methode om Cu₂SnS₃/verminderde grafeneoxide (CTS/RGO) composiet voor natrium-ionbatterijen te bereiden. CTS/RGO vertoont een hoge herlaadbare capaciteit van 566,8 mA h g⁻¹ en behoudt een specifieke capaciteit van 339,8 mA h g⁻¹ na 100 cycli bij een constante stroomdichtheid van 100 mA g⁻¹. Hoogtemperatuursintering van sulfiden is breed gebruikt om de elektrochemische prestaties te verbeteren. De effecten van het hoge-temperatuur-annealingproces op de elektrochemische prestaties voor lithium-ionbatterijen van Cu₂SnS₃ werden in dit artikel onderzocht.

De solvothermale methode is eenvoudig, handig, kosteneffectief en makkelijk schaalbaar, en is daarom breed gebruikt voor de bereiding van nanokristallen. In dit werk werden Cu₂SnS₃-nanodeeltjes voor lithium-ionbatterijen bereid via de solvothermale methode. Verder werden de effecten van hoge-temperatuur-annealing op de morfologie, kristalstructuur en elektrochemische prestaties van Cu₂SnS₃-nano-anoden bestudeerd.

Experimentele Sectie

Materialenbereiding

CuCl₂·2H₂O (99,9%), SnSO₄ (99,9%), elementaire zwavelpoeder (99,9%) en anhydrous ethyleendiamine (99%) werden gekocht bij Chengdu Kelong Chemical Co.

Voor de synthese van Cu₂SnS₃-nanodeeltjes werden CuCl₂·2H₂O (0,682 g, 4 mmol) en SnSO₄ (0,473 g, 2,2 mmol) eerst opgelost in gedemineraliseerd water met magnetisch roeren gedurende 20 min. Het resulterende mengsel werd in een autoklaaf geladen met een 25-ml Tefloncontainer die vooraf geladen was met een oplossing van zwavelpoeder (0,290 g, 9 mmol) gesuspendeerd in anhydrous ethyleendiamine. De luchtdichte autoklaaf werd in een oven geplaatst en verwarmd van kamertemperatuur tot 200 °C, 24 uur gehouden, en vervolgens natuurlijk afgekoeld tot kamertemperatuur. Het resulterende neerslag werd verschillende keren gewassen met gedemineraliseerd water en verzameld door centrifugatie met 6000 toer/min gedurende 3 min om bijproducten te verwijderen. Vervolgens werd het neerslag vacuümgedroogd bij 80 °C gedurende 10 uur voor gebruik. De Cu₂SnS₃-nanodeeltjes werden geanneald bij 540 °C gedurende 40 min in een buisoven die gevacuümd en gespoeld werd met stikstofgas met een stroomsnelheid van 50–80 ml min⁻¹ onder omringende druk.

Materialenkarakterisering

Röntgendiffractie (XRD) gegevens werden verkregen met een Bruker D8 ADVANCE met een Cu-Kα (λ = 1,5418 Å) stralingsbron. Scanning elektronenmicroscopie (SEM) (Hitachi S3400) en transmissie elektronenmicroscopie (TEM) (Tecnai G2-F30-S-TWIN, FEI) werden gebruikt om de microstructuren van de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes te onderzoeken. De samenstelling van het monster werd geanalyseerd met energie-dispersieve Röntgen (EDX) spectroscopie. Röntgenfoto-elektronspectra (XPS) van de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes werden verkregen met een Röntgenfoto-elektronspectrometer (ESCALAB 250Xi, Thermo Scientific).

Batterijmontage en Electrochemische Metingen

De elektrochemische prestaties van de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes werden getest met CR2032-type muntcellen met Li-metaal als tegenelektrode. De anode bestond uit 80 wt% actief materiaal, 10 wt% super P en 10 wt% PVDF. Het elektrolyt was 1 M LiPF₆ (EC:EMC:DEC = 4:2:4, vol%). De Cu₂SnS₃-elektroden werden uitgepund in cirkels met 12 mm diameter. De massa belading van Cu₂SnS₃ actief materiaal is 2,65 mg/cm². De dikte van de gegoten Cu₂SnS₃-anode is ~30 μm, bepaald met een micrometer. Cyclische voltammetrie (CV) werd uitgevoerd bij 0,1 mV s⁻¹ van 2,0 tot 0,0 V met een potentiostaat (VersaSTAT3F, Princeton Applied Research). Cyclus- en snelheidstesten werden uitgevoerd in een automatische galvanostatische laad-ontlaadeenheid (CT-4800 batterijtestsysteem, Neware) tussen 0,05 en 2,0 V bij kamertemperatuur. Electrochemische impedantiespectroscopie werd uitgevoerd met een potentiostaat (VersaSTAT3F, Princeton Applied Research) binnen een frequentiebereik van 100 kHz tot 0,1 Hz.

Resultaten en Discussie

Figuur 1 toont de XRD-patronen van de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes. De diffractiepieken voor beide monsters op 28,61°, 33,13°, 47,5°, 56,31°, 69,42°, 76,65° en 88,44° kunnen toegewezen worden aan de (112), (200), (220), (312), (400), (332) en (424) vlakken respectievelijk. De hoofdbrekingspieken van de onbehandelde en geannealde Cu₂SnS₃ komen goed overeen met die van tetragonale Cu₂SnS₃ (JCPDS 89-4714), en er werden geen secundaire fasen gedetecteerd, wat bevestigt dat de producten allemaal fase-zuiver waren met preferentiële groei langs het (112) vlak. Na annealing bij 540 °C nam de relatieve intensiteit van elke hoofdbrekingspiek in het XRD-patroon toe, en de full-width at half-maximum (FWHM) van de (112) diffractiepiek nam af van 0,4 tot 0,35, wat aangeeft dat het annealingproces de kristalliniteit van het materiaal verbeterde.

Zoals getoond in de SEM-afbeeldingen in Fig. 2a, e, waren de onbehandelde en geannealde Cu₂SnS₃ aanwezig in de vorm van sferische nanodeeltjes, die agglomereren tot irregulière balvormige agglomeraten. De micrometergrote irreguliere sferische clusters gevormd door de primaire nanodeeltjes zijn voordelig omdat ze de kompakteringsdichtheid van de anode vergroten en daarmee de capaciteit van de batterij verhogen. Om de deeltjesmorfologie en -grootte, evenals de gedetailleerde interne kristalstructuur van Cu₂SnS₃ verder te analyseren, werden de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes verder waargenomen via TEM en HRTEM. Zoals getoond in Fig. 2c, g, waren de grootten van de onbehandelde en geannealde Cu₂SnS₃-deeltjes ongeveer 25 en 41 nm respectievelijk, en agregeerden beide materialen verder tot 1-µm sferische deeltjes zoals getoond in Fig. 2b, f. In de HRTEM-afbeeldingen getoond in Fig. 2d, h, zijn de roosterfranjes duidelijk waarneembaar, waarbij de franjes van de geannealde Cu₂SnS₃-nanodeeltjes (Fig. 2h) regelmatiger zijn dan die van het onbehandelde monster. Dit bewijst verder dat de kristallisatie van de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes verbeterd werd door annealing bij 540 °C. Snelle Fourier-transformatie (FFT) van de hoge-resolutie TEM van Cu₂SnS₃ wordt getoond in Fig. 2d, h. De diffractiepatronen van de materialen zijn duidelijk zichtbaar in de FFT. De roosterafstand van 0,301 nm is dichtbij de inter-planaire afstand van het (112) vlak van Cu₂SnS₃. Dus de HRTEM-resultaten zijn in goede overeenstemming met de XRD-resultaten (Fig. 1).

Om de distributie van Cu₂SnS₃ te onderzoeken, werd energie-dispersieve Röntgen (EDX) mapping uitgevoerd. Elementaire mapping-afbeeldingen tonen de duidelijke profielen van Cu, Sn en S elementen in het composiet (Fig. 3). De resultaten wijzen op een uniforme verdeling van Cu, Sn en S elementen in de CTS. EDX-gegevens verifiëren dat de elementverhoudingen van Cu:Sn:S voor onbehandelde Cu₂SnS₃ 2:0,87:2,25 zijn. De elementverhoudingen van Cu:Sn:S = 2:1,006:2,89 voor geannealde Cu₂SnS₃ zijn echter ongeveer consistent met de stoechiometrie.

De valentietoestanden en samenstelling van de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes werden verder bepaald door XPS. Figuur 4a, e toont de volledige XPS-spectra van de onbehandelde en geannealde Cu₂SnS₃-nanodeeltjes respectievelijk. Cu, Sn en S elementen, evenals C (C1s, 285,08 eV) en O (O1s, 533,08 eV), werden waargenomen, en geen andere onzuiverheidselementen werden gedetecteerd; de C en O onzuiverheidspieken kunnen voortkomen uit milieuverontreiniging. Figuur 4b toont het Cu2p kernniveauspectrum van de onbehandelde Cu₂SnS₃-nanodeeltjes. De bindingsenergieën voor Cu2p3/2 en Cu2p1/2 traden op bij 931,9 en 951,9 eV respectievelijk, wat consistent is met de waarden van Cu⁺ gerapporteerd in de literatuur; in tegenstelling werd de Cu²⁺ piek bij 942 eV niet waargenomen. De bindingsenergieën van Sn3d5/2 en Sn3d3/2 voor de onbehandelde Cu₂SnS₃-nanodeeltjes traden op bij 486,4 en 494,8 eV respectievelijk, overeenkomend met de Sn⁴⁺ waarden gerapporteerd in de literatuur. Figuur 4f toont het Cu2p kernniveauspectrum van de geannealde Cu₂SnS₃-nanodeeltjes; de bindingsenergieën voor Cu2p3/2 en Cu2p1/2 traden op bij 932,8 en 952,7 eV respectievelijk, wat ook consistent is met de in de literatuur gerapporteerde waarden. De bindingsenergieën van Sn3d5/2 en Sn3d3/2 voor de geannealde Cu₂SnS₃-nanodeeltjes traden op bij 486,9 en 495,3 eV (Fig. 4g) respectievelijk, wat de aanwezigheid van Sn⁴⁺ bevestigt. De bindingsenergieën van S2p3/2 en S2p1/2 voor zowel de onbehandelde als geannealde Cu₂SnS₃-nanokristallen waren 161,8 en 162,98 eV respectievelijk, wat de aanwezigheid van S aangeeft. Deze waarden zijn consistent met die gerapporteerd in de literatuur, wat bewijs levert voor het bestaan van S²⁻. Concluderend suggereren de XPS-resultaten dat de Cu, Sn en S elementen in de onbehandelde en geannealde Cu₂SnS₃-nanodeeltjes aanwezig zijn in de ionische toestanden van Cu⁺, Sn⁴⁺ en S²⁻ respectievelijk. Het annealingproces verbetert de kristalliniteit van Cu₂SnS₃-deeltjes en vergroot de deeltjesgrootte. Dit fenomeen kan veranderingen in de elektronenwolk rond de kationen veroorzaken en de bindingsenergie van Cu en Sn verhogen.

Figuur 5 toont de verkregen CV-curven voor Cu₂SnS₃ van de initiële twee cycli gescand van 2 tot 0 V met een snelheid van 0,1 mV s⁻¹. Op basis van Fig. 5a, tijdens het eerste lithium-intercalatieproces, vertoonden de onbehandelde Cu₂SnS₃-nanodeeltjes grote reductiepieken bij ongeveer 1,09 V, de valentietoestanden van Cu⁺, Sn²⁺ veranderend naar Cu, Sn. De grote reductiepieken bij ongeveer 1,62 V zijn de reductiepiek van H₂O, en de stroompiek verdween geleidelijk in de tweede cyclus. In het delithiatieproces trad de oxidatiestroompiek op bij 0,62 V overeenkomstig formule (1), Sn met Li-ionen om LiₓSn te vormen, en in de tweede cyclus bleef de stroompiek in wezen onveranderd. Zoals getoond in Fig. 5b, tijdens het eerste lithium-intercalatieproces, vertoonden de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes geanneald bij 540 °C een grote reductiepiek in de buurt van 1,1 V overeenkomstig formule (1), waarbij Cu₂SnS₃ gereduceerd werd tot Cu en Sn, en de stroompiek nam geleidelijk toe tot 1,59 V tijdens de tweede cyclus. De buiging onder 0,5 V correspondeert met de conversie van Sn naar LiₓSn volgens formule (2). In het delithiatieproces traden oxidatiestroompieken op bij 0,59 en 1,94 V, en nam de stroompiek in wezen niet af met toenemend aantal cycli. De anodische piek bij ongeveer 0,59 V wordt toegeschreven aan het LiₓSn legering die Sn vormt, en de piek bij 1,94 V correspondeert met de inverse reactie van formule (1). Het onomkeerbare capaciteitsverlies, voortkomend uit de vorming van deels amorfe Li₂S die onomkeerbaar Li verbruikt, veroorzaakt de veranderingen in potentieel en piekstroomintensiteit tussen de eerste en tweede cycli. Door vergelijking verbeterde de annealingbehandeling de cyclische herlaadbaarheid van de Cu₂SnS₃-nano-anoden.

$${\text{Cu}}_{2} {\text{SnS}}_{3} + 6{\text{Li}}^{ + } + 6{\text{e}}^{ - } \leftrightarrow 2{\text{Cu}} + {\text{Sn}} + 3{\text{Li}}_{2} {\text{S}}$$ (1)

$${\text{Sn}} + x{\text{Li}}^{ + } + x{\text{e}}^{ - } \leftrightarrow 4{\text{Li}}_{x} {\text{Sn}}\quad \left( {0 \, \le x \le \, 4.4} \right)$$ (2)

Om het laad-ontlaadproces volledig te begrijpen, werd ex situ XRD op Cu₂SnS₃ uitgevoerd op de elektrodes na ontlading en lading bij de geselecteerde spanningen zoals getoond in Fig. 6. De muntcellen werden ontladen/geladen tot verschillende spanningen en vervolgens 6 uur geëquilibreerd. De cellen werden vervolgens gedemonteerd in de handschoenenbak, en de Cu₂SnS₃-composietelektroden werden gewassen met oplosmiddel DEC om het elektrolyt te verwijderen. Na de eerste ontlading tot 1,5 V, is de kristalstructuur niet vernietigd bij 1,5 V zoals te zien is in Fig. 6b, en de hoofdbrekingspieken van Cu₂SnS₃-composietelektroden komen goed overeen met die van tetragonale Cu₂SnS₃ (JCPDS 89-4714), en er werden geen secundaire fasen gedetecteerd. Na de eerste ontlading tot 0,05 V, Fig. 6c, verdwenen de reflectiepieken van Cu₂SnS₃ volledig en werden Cu-pieken sterker en verschenen pieken van Li₂Sn₅. Zulke fenomenen kunnen worden verklaard door het CTS dat uiteenvalt in Cu- en Sn-nanodeeltjes, het Sn vormt LiₓSn. Een omkeerbaar proces gebeurde bij lading tot 2 V, leidend tot herstel van de CTS-fasen, en vormde Cu₄SnS₄.

Figuur 7 toont de Nyquist-plots van de Cu₂SnS₃-elektroden bij OCV, na 2 cycli bij 100 mA g⁻¹ (0–2 V). In de Nyquist-plots van de Cu₂SnS₃-elektroden bij OCV (Fig. 7a, b), wordt een halve cirkel in het hoge-frequentiegebied toegeschreven aan de ladingsoverdrachtsweerstand R_ct en een rechte hellende lijn in het lage-frequentiegebied wordt toegeschreven aan het Li⁺ diffusieproces in de bulk Zw. De R_ct van de geannealde Cu₂SnS₃-elektrode is kleiner dan die van de onbehandelde elektrode. In de Nyquist-plots van de Cu₂SnS₃-elektroden na 2 cycli (Fig. 7c, d), wordt een halve cirkel in het hoge-frequentiegebied toegeschreven aan de weerstand van Li⁺ diffusie door de oppervlaktefilm R_sei, een halve cirkel in het midden-frequentiegebied wordt toegewezen aan de ladingsoverdrachtsweerstand R_ct, een rechte hellende lijn in het lage-frequentiegebied wordt toegeschreven aan het Li⁺ diffusieproces in de bulk Zw. De experimentele gegevens worden gesimuleerd door ZView-software, die verkregen worden volgens het equivalente circuit, en de waarden zijn weergegeven in Tabel 1. We kunnen vaststellen dat er geen significant verschil is in de Ohm-weerstand (R_s) tussen de onbehandelde en geannealde Cu₂SnS₃. Echter, de R_sei en R_ct waarden van geannealde Cu₂SnS₃ zijn veel kleiner dan die van onbehandelde Cu₂SnS₃. Met name, de R_ct van het onbehandelde monster is 162,4 Ω bij OCV en neemt drastisch toe tot 206,6 Ω na 2 cycli. In tegenstelling, is de R_ct van het geannealde monster 39,7 Ω bij OCV en daalt drastisch tot 25,9 Ω na 2 cycli. Het annealingproces kan de SEI-laag en ladingsoverdrachtsweerstand onderdrukken, waardoor ladingsoverdracht en ionengeleiding worden vergemakkelijkt. Als gevolg hiervan worden de elektrochemische prestaties van geannealde Cu₂SnS₃ verbeterd.

Zoals getoond in de SEM-afbeeldingen in Fig. 8a, b, na 5 cycli, was de vorm van geannealde Cu₂SnS₃ niet veranderd, met sferische nanodeeltjes die agglomereren tot irregulière balvormige agglomeraten. Elementaire mapping-afbeeldingen tonen de duidelijke profielen van Cu, Sn en S elementen in het composiet (Fig. 8d–f, h–j). De resultaten wijzen op de uniforme verdeling van Cu, Sn en S elementen in de geannealde CTS-elektrode na 5 cycli.

Galvanostatische laad-ontlaadcurven van de onbehandelde en geannealde Cu₂SnS₃-elektroden (Fig. 9a, b) werden vastgelegd bij 100 mA g⁻¹ over een potentiaalbereik van 2 tot 0 V (vs. Li/Li⁺). De initiële ontlaadcapaciteiten van 654 en 809 mA g⁻¹ corresponderen met initiële coulombische efficiënties van respectievelijk 42% en 53%. Het verlies van onomkeerbare capaciteit kan worden toegeschreven aan de vorming van een SEI-film en Li₂S. Duidelijk verbeterde de annealingbehandeling de ontlaadcapaciteit en initiële coulombische efficiëntie van de Cu₂SnS₃-elektrode.

De cyclusprestaties van de onbehandelde en geannealde Cu₂SnS₃-elektroden tot 100 cycli bij een constante 100 mA g⁻¹ wordt getoond in Fig. 9c. Het is duidelijk dat de specifieke ontlaadcapaciteit van de geannealde Cu₂SnS₃-elektrode in het algemeen superieur is aan die van de onbehandelde elektrode. De capaciteit van de geannealde Cu₂SnS₃-elektrode na 50 cycli is 187,7 mAh g⁻¹, wat hoger is dan die van de onbehandelde elektrode (75,2 mAh g⁻¹). De capaciteitsbehoud van geannealde composieten is bijna gelijk aan of beter dan de rapportages van holle microsferen Cu₂SnS₃ en Cu₂SnS₃-nanosheets. Maar de capaciteitsbehoud is veel lager dan Cu₂SnS₃/RGO composiet (561 mAh g⁻¹ na 100 cycli). Het annealingproces is bewezen de cyclusprestaties van Cu₂SnS₃ te verbeteren, maar in vervolgonderzoek is het noodzakelijk te combineren met andere modificatiemethoden om de prestaties verder te verbeteren.

Zoals getoond in Fig. 9d, vertoonden de onbehandelde Cu₂SnS₃-cellen maximale ontlaadcapaciteiten van ongeveer 222, 78, 40 en 14 mAh g⁻¹ bij 100, 200, 300 en 400 mA g⁻¹ ontlaadsnelheden respectievelijk, met een ontlaadcapaciteitsbehoudverhouding van slechts 6%. In tegenstelling, waren de specifieke ontlaadcapaciteiten van de geannealde Cu₂SnS₃-batterijen 396, 221, 153 en 106 mAh g⁻¹ bij 100, 200, 300 en 400 mA g⁻¹ ontlaadsnelheden respectievelijk, met een ontlaadcapaciteitsbehoudverhouding van 26,8%. Duidelijk verhogde de annealingbehandeling de kristalliniteit van Cu₂SnS₃ en leidde tot een stabielere kristalstructuur. Cu₂SnS₃ is polykristallijn en bevat dus veel korngrenzen. Tijdens het laad-ontlaadproces kan de mechanische spanning geproduceerd door volumevergroting van de interne deeltjes worden gebufferd door het glijden van de korngrenzen, wat de breuk en verpulvering van het materiaal vermindert en de elektroductructuur stabiliseert. Dit is gunstig voor het verbeteren van de cyclusstabiliteit en snelheidskarakteristieken van de nano-Cu₂SnS₃-anode.

Conclusie

Cu₂SnS₃, als gemodificeerd materiaal voor hoogcapacitieve Sn-gebaseerde anoden gecreëerd door de introductie van inerte Cu om een legering te vormen, heeft grote potentiële toepassingen in lithium-ionbatterijen. Annealing bij 540 °C verhoogt de kristalliniteit van de Cu₂SnS₃-nanodeeltjes en leidt tot een stabielere kristalstructuur. De hoge-temperatuur-annealingbehandeling verbetert de elektrochemische prestaties van Cu₂SnS₃, wat resulteert in een hogere initiële coulombische efficiëntie en verbeterde cyclus- en snelheidskarakteristieken vergeleken met die van het onbehandelde monster.

Beschikbaarheid van data en materialen

De auteurs verklaren dat materialen en data onmiddellijk beschikbaar zijn voor lezers zonder onredelijke kwalificaties in materiaaloverdrachtsovereenkomsten. Alle data gegenereerd of geanalyseerd tijdens deze studie zijn in dit artikel opgenomen.

Afkortingen

PVDF:

Poly(vinylidene fluoride)

HRTEM:

Hoge-resolutie transmissie elektronenmicroscoop

EC:

Ethyleen carbonaat

EMC:

Ethyl methyl carbonaat

DEC:

Diethyl carbonaat

CV:

Cyclische voltammetrie

XPS:

Röntgenfoto-elektronspectroscopie

SEM:

Scanning elektronenmicroscoop

EDX:

Energie-dispersieve Röntgen

OCV:

Open-circuitspanning

FWHM:

Volledige breedte op half maximum

XRD:

Röntgendiffractie