“新機(jī)理引發(fā)高容量”： 黃富強(qiáng)課題組在鋰電池負(fù)極研究取得重要進(jìn)展
時間：2021-04-06 16:22:03學(xué)院：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校：北京大學(xué)
近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院新能源材料與器件課題組與中國科學(xué)院硅酸鹽研究所，美國賓夕法尼亞大學(xué)以及北京工業(yè)大學(xué)等聯(lián)合研究，發(fā)明了一種基于獨(dú)創(chuàng)制備技術(shù)的黑色二氧化錫納米材料，該材料作為鋰電負(fù)極具有1340 mA h/g的可逆容量，遠(yuǎn)優(yōu)于SnO2的理論容量極限（783 mA h/g）。該材料與石墨烯復(fù)合后更顯示出極其優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，在0.2 A/g電流密度下循環(huán)100圈之后容量不衰減，保持950 mA h/g的容量；在2 A/g的大電流下保持具有700 mA h/g的容量。
通過深入而細(xì)致的研究，研究者認(rèn)識到，獨(dú)特的黑色二氧化錫新材料，不同于現(xiàn)有的二氧化錫，具有優(yōu)異電子導(dǎo)電性和豐富氧空位的特征，誘導(dǎo)出納米活性材料的還原反應(yīng)具有各向同性，從而形成了一個熱力學(xué)高度穩(wěn)定的Sn和Li2O均勻分散的微觀復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，最終解決了循環(huán)過程中金屬Sn團(tuán)聚的科學(xué)難題。令人驚喜地發(fā)現(xiàn)，這個特殊的微觀復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，可以保證了金屬錫在儲能電化學(xué)反應(yīng)中完全可逆氧化為二氧化錫（圖1），這個現(xiàn)象和機(jī)理未見文獻(xiàn)報道?；谛碌膬﹄姍C(jī)理，二氧化錫負(fù)極材料的理論容量，從原來的783 mA h/g提高到新機(jī)理的1494 mA h/g。研究者發(fā)明的黑色二氧化錫，為設(shè)計和合成其它新型電負(fù)極材料提供了一種新的思路，同時也極具高容量鋰電負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值。
圖1. 高導(dǎo)電黑色二氧化錫電極反應(yīng)示意圖，電池循環(huán)性能示意圖以及循環(huán)后二氧化錫顆粒元素分布圖
??該研究成果以“A Robust and Conductive Black Tin Oxide Nanostructure Makes Efficient Lithium-Ion Batteries Possible”為題發(fā)表于2017年4月21日的國際頂級材料科學(xué)期刊Advanced Materials上（DOI: 10.1002/adma.201700136），北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院研究生董武杰/王超以及中國科學(xué)院硅酸鹽研究所研究生徐吉健為共同一作，黃富強(qiáng)教授為通訊作者。該項目得到國家重點(diǎn)研究和發(fā)展計劃，國家科學(xué)基金會，上海市科學(xué)技術(shù)委員會和中國科學(xué)院主要研究項目的支持。
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