《Nano Energy》分层结构的金属碳化物用于热响应电池安全

图文简介

强调

• 开发了一种通用合成路线来获得具有任何所需分层结构的金属碳化物。
• 成功合成了球状尖晶碳化钨和空心球状碳化钼。
• 分离的还原碳化过程和均匀的碳涂层有利于维持最终碳化物的初始结构。
• 嵌入合成的球形尖刺碳化钨的热响应聚合物开关材料在电导率方面表现出 5 个数量级的提高，并在 NCMǁGr 全电池中表现出热滥用保护。
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将热响应聚合物开关材料 (TRPS) 集成到锂离子电池 (LIB) 中已被认为是在各种滥用情况下防止热失控的最有效策略之一。然而，目前获取 TRPS 的方法不能满足不同的实际应用。在此，我们开发了一种通用策略，用于制备具有可控分层结构的各种金属碳化物（例如，碳化钨、碳化钼），其具有表面突起结构，这对于高导电性和快速热响应至关重要。通过高级表征对相和形态演变的系统研究表明，还原剂和还原率对于发展特定形态至关重要。

(a) 合成方法示意图，其中详细设计了低温还原过程和随后的高温碳化过程用于两步转化，同时在高温下同时还原和碳化用于第一步转化. (b) 合成后的 C-WO 3前体和通过 (c) 2 步转化和 (d) 1 步转化合成的水热涂层球形 WC ( p -WC) 的 SEM 图像

(a)通过2 步转换（左）和 1 步转换（右）合成过程中不同阶段 WC 的 XRD 图谱。不同阶段的特征峰分别用相应的颜色标记。(b) 2 步转化法和 (c) 1 步转化法在不同反应时间下观察到的相的相重量百分比，从 XRD 图案的 Rietveld 细化获得。

WO x -WW x C的形态演变过程中的 SEM 图像，用于 (ad) 2 步转化和 (eh) 1 步转化

(a) 不使用任何 TRPS 的安全改进型 TRPS 纽扣电池和对照电池的循环稳定性。TRPS 电池可以通过关闭来耐受过热，并在冷却至室温 (RT) 条件（红线）后恢复其正常循环。(b) 安全改进型 TRPS NCM 111 ǁ Gr 纽扣电池在 120 °C 对流烘箱中热关断前后的充放电曲线。(c) 安全改进的 TRPS 纽扣电池在热滥用期间电阻和温度随时间的变化。(d) 安全改进型 TRPS NCM 622 ǁ Gr 纽扣电池在 120 °C 对流烘箱中热关断前后的充放电曲线。

论文信息

论文题目：Hierarchically Structured Metal Carbides as Conductive Fillers in Thermo‐Responsive Polymer Nanocomposites for Battery Safety

通讯作者：Zheng Chen

通讯单位：加利福尼亚大学圣地亚哥分校

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