ZnCo2O4孪生微球新奇的形成机制与优异的锂电性能

目前,过渡金属氧化物多数采用共沉淀/溶剂热制得碳酸盐-煅烧的方法,我们注意到研究者大多数关心的只是如何控制后续退火的升温速率,以期得到空心的或是核壳结构的目标产物。而对前驱物碳酸盐是如何形成的以及他们的形成过程研究甚少。然而,材料化学而言,这恰恰是一个非常重要的研究领域,对材料科学的深入发展具有重要意义。山东大学化学院熊胜林教授课题组,结合多年来在材料结构控制方面的优势,对这一科学问题进行了深入而详细的研究,成功制备了多种多元过渡金属氧化物微纳结构,系统研究了相应前驱物碳酸盐的形成过程,并得到一些有意义的新的发现

作为一个例子,该课题组以乙二醇(EG)为溶剂,通过对各反应参数的精确调节,选择性控制合成了ZnCo2O4介孔孪生球和立方块微纳结构;根据不同时间形貌的演化,详细研究了前驱物碳酸盐孪生球的形成过程,首次提出了“多步分离-原位溶解-重结晶”的碳酸盐晶体生长机制,对化学液相合成和材料科学的发展和完善提供了有益的补充。作为锂离子电池负极材料,ZnCo2O4孪生球微纳复合结构在规避微米和纳米材料各自缺点的同时,集合两者的优点,兼具振实密度高和扩散路径短的特点,达到了提高电极材料综合性能的目的,展现出了优越的倍率性能和循环性能。纽扣式电池测试结果表明:ZnCo2O4孪生球在10 A g−1 的电流密度下其容量为790 mAh g−1;在长循环测试中,5 A g−1 的电流密度下循环2000圈,其可逆容量可以保持在550 mAh g−1,显示了潜在的应用前景。

相关工作得到了国家科技部973计划,国家自然科学基金,山东省自然科学杰出青年基金,山东省自然科学基金面上项目以及山东大学自主创新等基金的资助。