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高性能リチウムイオン電池のための模擬電解スラッジ浸出液からの遷移金属リサイクルによるヘテロ構造NiFeO-Cナノロッドの構築
Construction of heterostructured NiFeO-C nanorods by transition metal recycling from simulated electroplating sludge leaching solution for high performance lithium ion batteries.
PMID: 32614005 DOI: 10.1039/d0nr02290j.
抄録
NiFe2O4は、その高い理論比容積からリチウムイオン二次電池（LIB）負極材料として有望な候補の一つとされてきた。しかし、NiFe2O4は充放電過程での体積膨張や粉砕が大きく、容量の低下が著しい。ここでは、ヘテロ構造を有するNiFe2O4-Cナノロッドを、模擬めっきスラッジ浸出液から遷移金属を回収することにより、成功裏に作製した。ヘテロ構造化したNiFe2O4-Cナノロッドは、体積変化に対応するために重要な役割を果たし、反応生成物を安定化させ、電子及びLi+イオンの迅速な輸送能力を提供し、その結果、高い安定したLi+収容性能を得ることができた。製造されたNiFe2O4-Cナノロッドは、高比容量（100 mA g-1で889.9 mA h g-1）、印象的な速度能力（861.5、704.5、651.4、579.6および502.1 mA h g-1で0.2、0.6、1.0、2.0および5.0 A g-1）とサイクル安定性（500サイクル後の2 A g-1で650.2 mA h g-1）を実証しています。本研究は、電気メッキスラッジから金属をリサイクルすることにより、高性能なLIB電極材料を簡便かつ効果的に作製することを可能にしたものである。
NiFe2O4 has been regarded as one of the promising candidates for lithium-ion battery (LIB) anode materials due to its high theoretical specific capacity. However, the large volume expansion and pulverization of NiFe2O4 during the charge/discharge process result in severe capacity fading. Herein, heterostructured NiFe2O4-C nanorods have been successfully fabricated by recovering transition metals from simulated electroplating sludge leaching solution. The constructed NiFe2O4-C heterointerface plays a vital role in accommodating volume change, stabilizing the reaction products and providing rapid electron and Li+ ion transportation ability, resulting in a high and stable Li+ accommodation performance. The fabricated NiFe2O4-C nanorods demonstrate a high specific capacity (889.9 mA h g-1 at 100 mA g-1), impressive rate capability (861.5, 704.5, 651.4, 579.6 and 502.1 mA h g-1 at 0.2, 0.6, 1.0, 2.0 and 5.0 A g-1) and cycling stability (650.2 mA h g-1 at 2 A g-1 after 500 cycles). This work exemplifies a facile and effective approach for the fabrication of high performance LIB electrode materials by recycling metals from electroplating sludge in an application-oriented manner.