韩国蔚山国立科学技术院/釜山大学AM: 纯结晶C60纳米颗粒的反常高锂存储

Li⁺嵌入到纯面心立方 (fcc) C₆₀结构中，而不是吸附在单个C₆₀分子上。这阻碍了Li⁺在锂离子电池中的过量储存，从而限制了其应用。然而，由于C₆₀粉末的电化学反应性低和结晶度差，相关的电化学过程和机制尚未得到研究。

在此，韩国蔚山国立科学技术院Dong-Hwa Seo与釜山大学Chae-Ryong Cho等人通过热诱导蒸发和冷却结晶过程合成了具有均匀形态和纳米级颗粒的纯fcc C₆₀纳米颗粒（NP）。

C₆₀NP负极表现出优异的可逆容量（≈780 mAh g^-1@ 0.1 A g^-1）、长循环寿命（5 A g^-1下1000次循环后为373 mAh g^-1）和优异的倍率性能，相比之下，Li₁₂C₆₀的理论容量仅为446 mAh g^-1。

图1. C₆₀ NPs的合成和表征

此外，C₆₀NP电极在循环过程中的结构稳定性方面表现出优于硬碳的性能，包括高比容量、长循环稳定性和高容量保持率。

通过原位XRD、高分辨率TEM和第一性原理计算研究了C₆₀NP的储锂机制，基于C₆₀分子之间的空位、不同位点的锂簇以及放电/充电过程中的结构变化，晶体C60结构实现了异常高的锂存储，C₆₀的fcc通过正交的Li_xC₆₀转变为四方相，并在放电过程中变回立方相。这项研究将促进用于锂离子电池的新型富勒烯基负极材料的开发。

图2. C₆₀NP的电化学性能

Abnormally High-Lithium Storage in Pure Crystalline C₆₀ Nanoparticles, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202104763

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