納米顆粒組裝三維Co3O4微米花材料制備及儲鋰性能研究

王捷，李圓，趙海雷

（1 北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100083； 2 北京市新能源材料與技術(shù)重點實驗室，北京100083）

引 言

鋰離子電池因其高能量密度、低自放電、無記憶效應(yīng)、長循環(huán)壽命以及環(huán)境友好等特點被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車，甚至航空航天領(lǐng)域[1-4]。商業(yè)化鋰離子電池主要采用石墨(優(yōu)良循環(huán)穩(wěn)定性、低成本以及高庫侖效率)為負(fù)極。但是，其長遠(yuǎn)發(fā)展前景受限于其固有存在的缺點，如理論比容量較低(約372 mA·h·g-1)、倍率性能差(鋰離子遷移取向性)以及安全性能欠佳(較低嵌鋰電位)等[5-7]。因此，為了滿足未來儲能電池系統(tǒng)對高能量密度的要求，人們將目光轉(zhuǎn)向新型負(fù)極材料的開發(fā)研究，如錫基[8-9]、硅基[10-11]以及過渡金屬氧化物負(fù)極材料[12-16]。與錫基、硅基材料相比較而言，過渡金屬氧化物材料因其低成本、較高理論比容量、環(huán)境友好以及較小體積膨脹效應(yīng)等優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注。其中，Co3O4材料充放電過程中的8 電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)機制賦予其890 mA·h·g-1的理論比容量，且合適的放電電壓平臺(約1.0 V(vs Li+/Li))能有效避免鋰枝晶的生成，使其成為了非常有潛力的負(fù)極材料候選者[17-18]。但是，其循環(huán)過程的材料粉化現(xiàn)象(體積效應(yīng))以及較低的本征電導(dǎo)率限制了其電化學(xué)性能的發(fā)揮，影響了其實際有效應(yīng)用。

針對Co3O4材料所存在的問題，大量研究主要通過以下改性措施實現(xiàn)材料電化學(xué)性能的改善:①控制材料顆粒尺寸(納米化)和形貌，縮短鋰離子/電子遷移傳輸路徑，增大電極/電解液接觸面積，消納充放電過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)變應(yīng)力，并加速電極反應(yīng)動力學(xué)過程。……