化學(xué)學(xué)院在氧化物鋰離子電池研究領(lǐng)域取得重要進展
眾所周知，過渡金屬氧化物儲鋰容量高、來源豐富，是石墨類負極材料最具潛力的替代材料之一。但此類材料隨著鋰離子的嵌入和脫出，會使材料產(chǎn)生巨大的體積變化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)崩潰、粒子團聚，引起容量快速衰減。因此，發(fā)展新型的電極材料制備方法，合理設(shè)計并調(diào)控過渡金屬氧化物電極的結(jié)構(gòu)，是制備高性能鋰離子電池負極材料的關(guān)鍵。
圖1. 石榴狀Fe3O4@N-C納米簇制備模式圖。
近日，化學(xué)學(xué)院先進能源材料重點實驗室李鹿，王春剛和蘇忠民教授以PAA納米粒子為模板設(shè)計合成一種由超小的氮摻雜碳包覆過渡金屬氧化物組裝而成的石榴狀Fe3O4@N-C納米簇，用作鋰離子電池的負極材料，并展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。這一成果近期發(fā)表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201702347，IF=16.721）上。
圖2. 石榴狀Fe3O4@N-C納米簇作為LIB負極材料的性能表現(xiàn)。
作為電極材料，其獨特的石榴狀結(jié)構(gòu)和小于5 nm的超小Fe3O4@N-C二次單元可有效緩解充放電過程中的體積形變、保護材料的微觀結(jié)構(gòu)不被破壞，縮短鋰離子和電子的傳輸距離，且其超大的比表面積為鋰離子提供更多的活性位點，提高材料的嵌鋰能力，為鋰離子的運輸和脫嵌提供了更短的通道。石榴狀Fe3O4@N-C納米簇在1 A g-1電流密度下，循環(huán)1000圈后，容量高達1063.0 mA h g-1。即使在20 A g-1的大電流密度下，循環(huán)1000圈后，容量仍保持在417.1 mA h g-1，表現(xiàn)出超高的循環(huán)穩(wěn)定性和快速充放電能力。此外，該方法可以很容易地拓展到其他過渡金屬氧化物電極材料的設(shè)計中，為過渡金屬氧化物電極材料的應(yīng)用提供了新的可能性，其特殊的結(jié)構(gòu)也使其具有更廣泛的應(yīng)用前景。
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