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大连理工:锂离子电池锡负极材料研究获进展

导读: 制备高能量密度和高功率密度兼备的锂离子电池电极材料是近年来的研究热点。锡基材料由于其高比容量,被认为是很有潜力的可以替代传统石墨负极的材料。提高复合电极材料导电性是提高锡负极电化学性能的关键。

  大连理工大学教授陆安慧课题组最近创新性地提出,采用无溶剂法以纳米二元金属氧化物(ZnSnO3)为前驱体,原位生长金属有机骨架ZIF-8制备Sn@C复合材料。根据软硬酸碱理论,2-甲基咪唑作为交界碱优先与交界酸Zn2+结合生成ZIF-8,后续的热解过程使ZIF-8转变为含氮的导电炭网络,ZnSnO3炭热还原为纳米锡颗粒和单质锌,单质锌由于熔点较低在高温下动态挥发创造出丰富的孔隙,有利于离子和电子的传输。

  制备高能量密度和高功率密度兼备的锂离子电池电极材料是近年来的研究热点。锡基材料由于其高比容量,被认为是很有潜力的可以替代传统石墨负极的材料。但充放电过程中严重的体积膨胀导致电极粉化和颗粒团聚,从而导致容量迅速衰减和低的电导率。发展有效的电极材料制备方法,提高复合电极材料导电性是提高锡负极电化学性能的关键。

  新的合成方法保证了复合材料中锡纳米颗粒的高度分散,发达的孔隙结构和高氮含量可有效缓解在嵌锂过程中的体积膨胀并提高电导率。电池性能测试结果显示,制备的Sn@C复合材料首次放电容量为1321 mA h g-1,首次库伦效率高达80.1%。循环150次后容量保持为901 mA h g-1。此外,这种合成方法可以扩展到制备其他材料,同样展现优异的电化学性能。

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