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近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所秦
晓英研究小组在锂电池负极材料研究方面取得进展,相关成果发表在Journal of Materials Chemistry A(2015, 18, 9682-9688)上。
负极材料是锂离子电池的重要组成部分,目前商业化的石墨材料存在的理论容量偏低问题(372 mAh/g),严重制约了高能量密度动力电池的发展。因此,开发新的具有高充放电容量、安全经济的负极材料, 是目前电池材料研究领域的重点之一。
Fe2O3作为锂电负极材料,具有理论容量高(~1000 mAh/g)、成本低、环境相容性好等优点,因而受到广泛关注。然而,Fe2O3本身的导电性差,充放电过程中体积变化大,容易粉化,严重损害了其电化学性能。秦晓英领导的研究组, 利用真空炭化金属-有机络合物的技术,制备出核壳结构的γ-Fe2O3@C纳米颗粒及其与多壁碳纳米管(MWNT)的复合材料,并详细研究了其电化学性能和电极活化过程。在100 mA/g的电流密度下,经过60次循环后,γ-Fe2O3@C/MWNT电极的容量稳定在1139 mAh/g,高于Fe2O3材料的理论容量。研究还发现,在不同的电流密度下,容量均呈现缓慢增加的趋势,对应着电极的缓慢活化过程。通过对不同阶段电极的循环伏安测试和微结构表征,发现
γ-Fe2O3颗粒在循环过程中逐渐变成多孔囊泡状结构,形成大量含缺陷的界面,通过界面储锂的方式提高了容量,同时多孔结构也促进了Li+的快速传输;另一方面,表面的碳壳层有效地保护了Fe2O3颗粒,抑制了其粉化,维持了电极结构的稳定性。此工作为新型负极材料的结构设计提供了重要参考。
(a) γ-Fe2O3@C/MWNT电极的循环性能及微结构演化示意图;(b) γ-Fe2O3@C/MWNT电极在不同循环次数后的CV曲线。
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