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

負(fù)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(wèn)題(372 mAh/g)，嚴(yán)重制約了高能量密度動(dòng)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(jīng)濟(jì)的負(fù)極材料, 是目前電池材料研究領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。

Fe₂O₃作為鋰電負(fù)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(diǎn)，因而受到廣泛關(guān)注。然而，F(xiàn)e₂O₃本身的導(dǎo)電性差，充放電過(guò)程中體積變化大，容易粉化，嚴(yán)重?fù)p害了其電化學(xué)性能。秦曉英領(lǐng)導(dǎo)的研究組, 利用真空炭化金屬-有機(jī)絡(luò)合物的技術(shù)，制備出核殼結(jié)構(gòu)的γ-Fe₂O₃@C納米顆粒及其與多壁碳納米管(MWNT)的復(fù)合材料，并詳細(xì)研究了其電化學(xué)性能和電極活化過(guò)程。在100 mA/g的電流密度下，經(jīng)過(guò)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(shì)，對(duì)應(yīng)著電極的緩慢活化過(guò)程。通過(guò)對(duì)不同階段電極的循環(huán)伏安測(cè)試和微結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)γ-Fe₂O₃顆粒在循環(huán)過(guò)程中逐漸變成多孔囊泡狀結(jié)構(gòu)，形成大量含缺陷的界面，通過(guò)界面儲(chǔ)鋰的方式提高了容量，同時(shí)多孔結(jié)構(gòu)也促進(jìn)了Li+的快速傳輸;另一方面，表面的碳?xì)佑行У乇Ｗo(hù)了Fe₂O₃顆粒，抑制了其粉化，維持了電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此工作為新型負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要參考。