Energy Technology:全贯通聚吡咯导电网络增强双金属MOF衍生ZnMnO3介孔微米片储锂性能

得益于高理论比容量、低脱嵌锂电压、环境友好、储量丰富和价格低廉等诸多优点,尖晶石结构ZnMnO3成为了一种极具有应用潜力的锂离子电池负极材料,然而其较低电子电导以及循环过程中体积膨胀所导致的材料聚集和粉化难题一定程度上限制了其在储能领域的应用。因而,对ZnMnO3材料的结构设计成为了亟需解决的问题。

近日,济南大学原长洲教授课题组设计合成了一种由双金属Zn,Mn-MOF衍生的介孔ZnMnO3微米片,并通过高效气相聚合在介孔微米片内部构筑全贯通PPY三维连续导电网络,以提高整个电极材料电子输运和结构稳定性。并深入探讨了其作为锂离子负极材料的发展潜力。相关成果发表在Energy Technology(DOI:10.1002/ente.201901218)上。

该课题组从近几年的研究热点—金属有机框架(MOF)出发,利用其孔结构和形貌易于调控的特点,通过金属离子与有机配体的配位组装,制备了双金属Zn,Mn-MOF片状前驱,通过后续精准热处理,可控得到介孔ZnMnO3微米片,进而基于高效气相聚合策略,在介孔ZnMnO3内部构筑全贯通PPY三维连续导电网络,以提高电极材料的电子电导和结构稳定性。这种材杂化料(PPY@ZMO)的多孔结构显著提高了电极材料/电解液的电活性位点和离子传输速率。三维PPY导电网络有效缓解了充放电过程中体积变化,并显著提升了离子/电子在电极材料内部的输运。基于此,作为锂离子电池负极材料时,PPY@ZMO展现出优异的高倍率循环稳定性及可逆比容量。半电池测试表明,该杂化电极材料在2 A g-1的电流密度下容量为752.0 mAh g-1,在0.5 A g-1电流密度下循环220圈后仍有1037.6 mAh g-1的可逆容量。与商业LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2组装为全电池时,器件比能量密度达到206 Wh kg-1,具有很好的应用前景。重要的是,所设计的高效策略也有望拓展到其它多金属氧化物/导电聚合物杂化材料精准合成,从而为电化学储能和其他领域提供理想的材料。