一种具有优异倍率性能的五氧化二钒空心微米线球作为全钒基锂离子电池正极

Smallmailiqiang日前,武汉理工大学麦立强研究团队利用表面电荷的相互作用,将纳米线巧妙地三维缠绕成V2O5空心微米线球。这种由纳米尺寸构筑单元组装成的分级结构微米材料,作为锂离子电池正极材料,在65 C的大倍率充放电条件下,能够保持94.8 mAh g-1的比容量,展现了极为优异的结构稳定性和倍率特性。而相比之下,V2O5纳米线在65 C下仅能释放比容量约20 mAh g-1。这是由于此分级结构能够兼具纳米级尺寸原始单元和微米级尺寸组装体的优异特性。空心微米线球球壁由相互缠绕的纳米线构筑而成,因此保持了纳米线短的离子、电子输运路径的特性。再者,缠绕的纳米线和中间空腔有效地缓冲了离子脱嵌时带来的结构应力,抑制了活性材料的粉化和团聚,防止由结构劣化带来的容量快速衰减,从而极大提高了电池的循环稳定性和倍率性能。而纳米线之间的孔隙以及中空结构,促使电极与电解液的良好接触,确保锂离子充分嵌入,材料能够有效利用。此外,这种微米结构,显著提高了材料的振实密度,与普通V2O5纳米线材料相比,微米线球的振实密度提高了近一倍。我们还将其与较石墨材料更加安全的预嵌锂Li3VO4负极材料首次组装成全钒基锂离子电池,在6.7 C下循环1500次,容量保持率为71.7%,显示了良好的循环稳定性。

这种由纳米线三维缠绕而成的空心微米线球,为一维纳米材料的优化组装提出了一种值得推广和深化的独特策略,在如何继承纳米材料特性,并在相关应用中赋予其新的结构/性能优势方面提供了新的选择。同时,全钒基锂离子电池的组装也为利用温和节能方法发展新一代低成本高性能的全电池做出了积极探索。

相关论文发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201503214)上,武汉理工大学材料科学与工程系学生张鹏飞和赵露滋为共同第一作者。