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【會議報告】先進(jìn)金屬氧化物負(fù)極材料儲能研究


來源:中國粉體網(wǎng)   蘇簡

[導(dǎo)讀]  中國粉體網(wǎng)將于10月25-26日在東莞舉辦第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇,。

中國粉體網(wǎng)訊  金屬氧化物由于其地殼中含量豐富,,易于開采和改性,,反應(yīng)的可逆性好,理論容量高而受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注,。但由于其循環(huán)過程中體積變化較大,、電子電導(dǎo)率較低,,導(dǎo)致循環(huán)性能和倍率性能較差等,,限制了其商業(yè)化應(yīng)用,。


為了優(yōu)化金屬氧化物的儲鋰性能,、彌補(bǔ)自身缺陷,將其制成復(fù)合材料,,利用材料間的協(xié)同效應(yīng),是一種具有發(fā)展前景的改性手段,。為此學(xué)者們做了大量工作,,如將其與導(dǎo)電性能良好的碳材料復(fù)合,提高過渡金屬氧化物導(dǎo)電性,,從而改善倍率性能,;將其與力學(xué)性能良好的金屬氧化物復(fù)合,提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等,。


①與碳材料復(fù)合

由碳和過渡金屬氧化物組成的雜化結(jié)構(gòu)已成為在穩(wěn)定性、容量和速率能力之間達(dá)成理想權(quán)衡的一種很有前途的選擇,,其中過渡金屬氧化物提供了高容量,,而碳基體則提供了良好的導(dǎo)電性及穩(wěn)定性,。此外合理調(diào)控兩者之間的復(fù)合形貌也在減緩材料體積膨脹,、防止自身團(tuán)聚方面發(fā)揮積極作用,,這都有利于材料發(fā)揮出更好的電化學(xué)性能,�,;谝陨蟽�(yōu)勢,研究人員通過探索各種碳質(zhì)材料作為過渡金屬氧化物復(fù)合材料,,合成過渡金屬氧化物/碳納米復(fù)合材料。


②與其他金屬氧化物材料復(fù)合

根據(jù)多金屬協(xié)同效應(yīng)的設(shè)計思想,采取兩種或兩種以上金屬離子化合在一起,,采用金屬配合物作為前驅(qū)體熱分解技術(shù),,設(shè)計生成化合物或者復(fù)合物。根據(jù)需要對化合物或復(fù)合物做進(jìn)一步改性處理。這些物質(zhì)作為負(fù)極材料,,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,,可逆比容量可達(dá)1000mAh/g,同時電化學(xué)穩(wěn)定性得到提高,,顯示出潛在的應(yīng)用價值,。


將兩種或兩種以上的不同過渡金屬氧化物復(fù)合可以綜合各組分的優(yōu)點,通過材料復(fù)合后的協(xié)同效應(yīng)提高過渡金屬氧化物的電化學(xué)性能,。如TiO2納米材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能與力學(xué)性能,,通常可作為復(fù)合材料中的緩沖層和機(jī)械支撐基體,,因此通常與其他金屬氧化物進(jìn)行復(fù)合,。


新型金屬氧化物負(fù)極材料——二元金屬氧化物是指含有兩種金屬元素的氧化物,如鐵基二元金屬氧化物(NiFe2O4,、ZnFe2O4,、CuFe2O4等)、鈷基二元金屬氧化物(ZnCo2O4,、CuCo2O4,、NiCo2O4等)。


通過研究新型金屬氧化物負(fù)極材料的改性與電化學(xué)性能,,發(fā)現(xiàn)這些金屬氧化物復(fù)合材料具備優(yōu)異的儲鋰性能,體現(xiàn)以下三個主要特征:


1)兩種不同的氧化物復(fù)合后,,其電化學(xué)穩(wěn)定性比單獨個體都要好,,比容量也更高,存在協(xié)同效應(yīng),;

2)添加適量的金屬粉末,,有助于比容量的提高;

3)稀土對金屬化合物的電化學(xué)性能有穩(wěn)定作用,,主要抑制復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分解,,提高負(fù)極活性材料變化的可逆性,提供穩(wěn)定的鋰離子傳輸通道,,提高鋰的儲存性能,。


總之,在所有的負(fù)極材料中,,金屬氧化物由于具有較高的理論容量,、較低的工作平臺和良好的熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,被認(rèn)為是具有前景的負(fù)極候選材料之一,。然而,,由于其固有的導(dǎo)電性差和充放電循環(huán)過程中體積膨脹大在內(nèi)的主要問題,導(dǎo)致其容量大幅衰減,嚴(yán)重制約了其實際應(yīng)用,。新型金屬氧化物負(fù)極材料具備優(yōu)異的儲鋰性能,,是鋰離子電池負(fù)極材料近年來研究的一個熱點,有望成為下一代新型高比容量鋰離子電極負(fù)極材料,。


針對各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場狀況,,中國粉體網(wǎng)將于10月25-26日在東莞舉辦第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。屆時,,沈陽工業(yè)大學(xué)教授史發(fā)年將作題為《先進(jìn)金屬氧化物負(fù)極材料儲能研究》的報告,。報告通過對新型金屬氧化物負(fù)極材料的改性與電化學(xué)性能的研究,將對金屬氧化物復(fù)合材料優(yōu)異的儲鋰性能展開介紹,。



專家簡介:


史發(fā)年,,沈陽工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,,中國能源學(xué)會能源與環(huán)境專業(yè)委員會委員,,中國稀土學(xué)會稀土晶體專業(yè)委員會委員。1991-1996年于中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所攻讀碩士學(xué)位并直博,;1997-2001年先后在南京大學(xué)配位化學(xué)國家重點實驗室從事博士后研究,、南京師范大學(xué)從事教學(xué)(副教授)工作;2001-2014年在葡萄牙阿威羅大學(xué)化學(xué)系作博士后和研究員,。目前主要研究方向包括:金屬配合物材料設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,、稀土功能材料、鋰離子電池材料等的設(shè)計與改性,。共發(fā)表學(xué)術(shù)論文160余篇,,有6篇論文進(jìn)入ESI 1%高被引。作為大會主席多次舉辦國際學(xué)術(shù)會議,。


參考來源:

史發(fā)年等. 多金屬協(xié)同優(yōu)化鋰離子電池負(fù)極材料的儲鋰性能

楊辰雨等. 多殼層結(jié)構(gòu)金屬氧化物復(fù)合材料的制備及儲鋰性能研究

尹堅等. 鋰離子電池過渡金屬氧化物負(fù)極材料研究進(jìn)展

過度金屬氧化物負(fù)極材料研究進(jìn)展. 粉體網(wǎng)


(中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡)

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