聚吡咯包覆提升铁酸锌空心球的循环稳定性

锂离子电池是一种常见的电化学储能器件。过渡金属氧化物,尤其是铁基氧化物,作为锂离子电池负极材料具有理论容量高、价格低廉、储量丰富、环境友好等优点。然而铁酸锌(ZnFe2O4)等过渡金属氧化物自身导电率较低,嵌锂脱锂过程中体积膨胀率较大。充放电过程中反复的体积膨胀和收缩导致材料粉化严重并从集流体上脱落,最终导致容量急剧衰减。以上瓶颈严重制约了铁酸锌负极材料在锂离子电池中的应用。

空心结构可以有效地容纳活性材料在嵌锂过程中的体积膨胀,缓解由于体积变化导致的应力,从而提高材料的循环性能。然而,简单的空心结构容易在反复的嵌锂/脱锂过程中被破坏,导致其对材料循环稳定性的改善有限。过渡金属氧化物负极材料的电化学性能也可以通过将其与导电碳、导电高分子等材料进行复合来提高。可以预期对空心结构进行导电高分子包覆可以有效地结合空心结构和纳米复合两种策略的优点,最大限度地提高材料的电化学性能。

Smallyuchengzhong

基于以上研究背景,昆士兰大学余承忠教授和武汉理工大学周亮教授等设计了一种聚吡咯包覆的铁酸锌双层空心球负极材料。均匀的聚吡咯包覆可以通过一种非常简单有效的低温气相沉积法实现。铁酸锌双层空心球可以有效地容纳材料嵌锂过程中的体积膨胀;聚吡咯包覆层不仅可以提高铁酸锌材料的导电性,还可以改善材料的结构稳定性。因而,聚吡咯包覆的铁酸锌双层空心球展现出非常优异的循环稳定性。

该聚吡咯包覆策略具有很好的普适性,为电极材料的修饰与改性提供了新途径。相关工作已于近期发表在Small期刊上(DOI: 10.1002/smll.201601143)上。