锂电材料:双金属有机骨架模板合成高容量长寿命的三元金属氧化物

金属有机骨架(MOFs)是由金属中心与有机配体配位自组装形成的高比表面、孔道可控的骨架结构。近年来,以金属有机骨架为前驱体设计合成多孔结构日趋成为研究热点。过渡金属氧化物作为锂离子电池的负极材料表现出很高的理论储锂容量,然而它们的循环稳定性和倍率性能差,制约了其实际应用。上海大学环境与化学工程学院化工系王勇教授和孙炜伟讲师课题组对这一问题展开了深入的研究工作,以双金属有机骨架为前驱体设计得到了一种具有一维介孔纳米棒结构的三元金属氧化物电极材料,用于锂离子电池的负极表现出很高的容量和优异的循环及倍率性能,该研究成果发表在期刊Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201504312)上。AFMwangyong

研究中,先通过一步微波辅助溶剂热法合成由钴镍的金属盐和配体组装的一维纳米棒构型的双金属有机骨架Co/Ni-MOF-74,不同于一般的水热/溶剂热方法和表面金属离子交换法,该微波辅助方法得到的双金属有机骨架结构中两种金属离子呈现更加均匀的分布,通过空气下煅烧最终得到了形貌保持的三元金属氧化物NixCo3-xO4。此三元金属氧化物具有纳米颗粒堆积而成的一维纳米棒介孔结构,这种特殊的结构为锂离子的脱嵌提供了更大的比表面积和更多的活性位点。同时,三元金属氧化物的两种金属组分具有在不同电压平台下协同储锂作用而可以互相作为缓冲材料缓解大体积膨胀带来的体积应力,结合其能经受住反复充放电的一维纳米棒介孔电极结构,该三元金属氧化物能够有效地缓解锂离子脱嵌过程中电极材料的体积膨胀,从而实现优异的电化学性能。其作为锂离子电池负极材料,在100 mA g-1的小电流下,循环200圈后容量稳定在1410 mAh g1;在2 A g-1的大电流下,循环500圈后容量仍然高达812 mAh g-1。相比较已报道的其他氧化镍、氧化钴以及钴酸镍电极材料,该三元金属氧化物具有高容量、长寿命和优异的大倍率性能,该电极结构的报道将有效促进新一代高性能锂离子电池电极材料的发展和应用。

 

Speak Your Mind

*