具有高倍率性能的纳米片自组装三维空心多孔V2O5锂电正极材料

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一种锂离子电池是否适合被应用于各个领域,很大程度上取决于其正极材料的倍率性能和循环稳定性。由于具备低成本、高容量等优势,钒氧化物被认为是一种极具发展潜力的正极材料。为了解决钒氧化物电极材料动力学过程缓慢的问题,各种低维纳米材料(如纳米颗粒、纳米线、纳米片等)因其与电解液具有较大的接触面积和较短的离子脱嵌距离而受到了人们的广泛关注。此外,三维空心多孔结构(Three-dimensional hollow-porous structures)具有一个空心的内部空间和多孔的外壳,不仅拥有低维结构高比表面积的优势,还提供了更大的自由空间来释放体积膨胀时所带来的应力。

武汉理工大学哈佛大学纳米联合重点实验室(WUT-Harvard Joint Nano Key Laboratory)麦立强教授及其研究团队针对这一问题,发明了一种具有高倍率性能的纳米片自组装三维空心多孔V2O5锂电正极材料,并且该材料的形貌可通过改变模板和煅烧工艺可控合成。当作为锂电正极材料时,在100 mA/g的电流密度下,初始放电容量达到了283 mAh/g,接近于其理论容量(294 mAh/g);在2 A/g高电流密度下循环充放电,经过200次循环后,容量仍保持在111 mAh/g,单次容量衰减率仅为0.22%。

这种空心多孔结构有效改善了电极材料的倍率性能和容量衰减问题,并且上述合成工艺可用于制备其它空心多孔材料。相关成果发表在Small(2014, 10, 3032–3037)上。

相关工作得到了国家自然科学基金,教育部新世纪优秀人才以及材料复合新技术国家重点实验室的资助。