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构建高性能锂离子电池负极材料的研究新进展

时间:2016-06-12 13:46来源:精细化工国家重点实验室 作者: 点击:

 

制备高能量密度和高功率密度兼备的锂离子电池电极材料成为近年来研究的热点。锡基材料由于其高比容量,被认为是很有潜力的可以替代传统石墨负极的材料。但充放电过程中严重的体积膨胀导致电极粉化和颗粒团聚,从而导致容量迅速衰减和低的电导率。因此发展有效的电极材料制备方法,限制颗粒尺寸,提高复合电极材料导电性是提高锡负极电化学性能的关键。

 

不同于常规的通过物理方法或溶液自组装制备炭包覆纳米锡颗粒的方法,精细化工国家重点实验室陆安慧教授课题组最近创新性地提出了采用无溶剂法以纳米二元金属氧化物(ZnSnO3)为前驱体原位生长金属有机骨架ZIF-8制备Sn@C复合材料的新策略。根据软硬酸碱理论,2-甲基咪唑作为交界碱优先与交界酸Zn2+结合生成ZIF-8,后续的热解过程使ZIF-8转变为含氮的导电炭网络,ZnSnO3炭热还原为纳米锡颗粒和单质锌,单质锌由于熔点较低在高温下动态挥发创造丰富的孔隙,有利于离子和电子的传输。这种新的合成方法保证了复合材料中锡纳米颗粒的高度分散发达的孔隙结构和高氮含量(5.3 wt%),从而可以有效缓解在嵌锂过程中的体积膨胀和提高电导率。电池性能测试结果显示制备的Sn@C复合材料在200 mA g-1的电流密度下,首次放电容量为1321 mA h g-1,首次库伦效率高达80.1%。循环150次后容量保持为901 mA h g-1(电流密度为200 mA g-1) 690 mA h g-1(电流密度为1 A g-1)。此外,这种合成方法可以扩展到制备其他材料如MnO@C复合材料,同样展现优异的电化学性能。相关研究成果最近以Designed Synthesis of Nitrogen-richCarbon Wrapped Sn NanoparticlesHybrid Anode via in-situ Growthof Crystalline ZIF-8 on a Binary Metal Oxide为题发表在Nano Energy 2016, 19, 486–494(第一作者博士生程菲)。该研究工作得到了国家杰出青年基金和国家自然科学基金的资助支持。

 

 

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