中科院在鋰電池負極材料方面取得進展

近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所秦曉英研究小組在鋰離子電池負極材料研究方面取得進展，相關成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A(2015, 18, 9682-9688)上。

負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，目前商業(yè)化的石墨材料存在的理論容量偏低問題(372 mAh/g)，嚴重制約了高能量密度動力電池的發(fā)展。因此，開發(fā)新的具有高充放電容量、安全經濟的負極材料, 是目前電池材料研究領域的重點之一。

Fe₂O₃作為鋰電負極材料，具有理論容量高(～1000 mAh/g)、成本低、環(huán)境相容性好等優(yōu)點，因而受到廣泛關注。然而，F(xiàn)e₂O₃本身的導電性差，充放電過程中體積變化大，容易粉化，嚴重損害了其電化學性能。秦曉英領導的研究組, 利用真空炭化金屬-有機絡合物的技術，制備出核殼結構的γ-Fe₂O₃@C納米顆粒及其與多壁碳納米管(MWNT)的復合材料，并詳細研究了其電化學性能和電極活化過程。在100 mA/g的電流密度下，經過60次循環(huán)后，γ-Fe₂O₃@C/MWNT電極的容量穩(wěn)定在1139 mAh/g，高于Fe₂O₃材料的理論容量。研究還發(fā)現(xiàn)，在不同的電流密度下，容量均呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢，對應著電極的緩慢活化過程。通過對不同階段電極的循環(huán)伏安測試和微結構表征，發(fā)現(xiàn)γ-Fe₂O₃顆粒在循環(huán)過程中逐漸變成多孔囊泡狀結構，形成大量含缺陷的界面，通過界面儲鋰的方式提高了容量，同時多孔結構也促進了Li+的快速傳輸;另一方面，表面的碳殼層有效地保護了Fe₂O₃顆粒，抑制了其粉化，維持了電極結構的穩(wěn)定性。此工作為新型負極材料的結構設計提供了重要參考。