近日，材料學(xué)院金屬材料研究所劉永鋒教授和潘洪革教授指導(dǎo)的博士生楊亞雄在改善過(guò)渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials上。
過(guò)渡金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料具有儲(chǔ)量豐富、成本低廉、環(huán)境友好、安全性能高和抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)備受人們的關(guān)注，但其較差的循環(huán)穩(wěn)定性和低的庫(kù)倫效率阻礙了實(shí)際應(yīng)用。納米化和碳復(fù)合是改善過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料的有效途徑，但這些方法分別存在制備困難、體積儲(chǔ)能密度下降等缺點(diǎn)，不利于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。針對(duì)這些問(wèn)題，浙江大學(xué)材料學(xué)院金屬材料研究所、硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、浙江省電池新材料與應(yīng)用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉永鋒教授和潘洪革教授與浙江大學(xué)電鏡中心田鶴研究員、華南理工大學(xué)材料學(xué)院朱敏教授合作，通過(guò)在CO2氣氛下球磨LiH和Fe2O3的混合物，利用Fe2O3、LiH與CO2在機(jī)械化學(xué)力作用下的氧化還原反應(yīng)，成功在納米晶Fe2O3(10 nm)表面共形包覆了一層1-3nm的Li2CO3層；同時(shí)，由于球磨過(guò)程重復(fù)的破碎和冷焊作用，共形包覆的Fe2O3進(jìn)一步團(tuán)聚為亞微米顆粒(400-800 nm)，這種共形包覆和分級(jí)結(jié)構(gòu)共存的納米晶Fe2O3具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能和高倍率放電性能，其在100 mA/g的放電電流密度下，400個(gè)循環(huán)后的容量保持在975 mAh/g；在3000 mA/g的放電電流密度下，其放電容量達(dá)537 mAh/g，明顯高于未包覆的納米Fe2O3顆粒(311 mAh/g)。該分級(jí)、共形包覆技術(shù)具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單，可控性好，效率高等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是，其可以擴(kuò)展到NiO等其它過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料上，呈現(xiàn)出一定的普適性。這一研究成果為發(fā)展高容量、長(zhǎng)壽命型過(guò)渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料奠定了基礎(chǔ)。
上述成果于2016年12月8日在線發(fā)表于Advanced Functional Materials (Highly Stable Cycling of Amorphous Li2CO3-coated α-Fe2O3 Nanocrystallines Prepared via a New Mechanochemical Strategy for Li-ion Batteries, Adv. Funct. Mater., DOI: 10.1002/adfm.201605011)，并被選為背底封面亮點(diǎn)論文。論文通訊作者為浙江大學(xué)材料學(xué)院劉永鋒教授和潘洪革教授，第一作者為浙江大學(xué)材料學(xué)院博士生楊亞雄。上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重大研究計(jì)劃、教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等的資助。
