寧波材料所在高性能鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域取得系列進(jìn)展

    鋰離子電池與鉛酸、鎳鎘、鎳氫等電池相比，由于其較高的能量密度、較長(zhǎng)的使用壽命、較小的體積、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，成為現(xiàn)今能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵組件之一，其作為鋰離子的受體，在充放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出。因此，負(fù)極材料的好壞直接影響鋰離子電池的整體性能。目前，商用鋰離子電池負(fù)極材料廣泛使用石墨及改性石墨，但是其理論容量?jī)H為372 mAh/g，大大制約了高能量動(dòng)力電池的發(fā)展。IV族元素（硅，鍺，錫）基負(fù)極材料由于其較高的理論容量（分別為3579 mAh /g,1600 mAh/g, 994 mAh/g）成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。然而，硅、鍺、錫基負(fù)極材料在充放電過(guò)程中存在體積膨脹較大的問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間充放電會(huì)造成顆粒的粉化和活性物質(zhì)的脫落，從而影響鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

　　近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬新能源技術(shù)所研究員韓偉強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)鋰離子電池團(tuán)隊(duì)，在高容量硅、鍺、錫基負(fù)極材料方面取得系列進(jìn)展。在高性能硅基負(fù)極材料方面，科研人員開(kāi)發(fā)了一種低成本、高容量、高穩(wěn)定性的多孔硅基負(fù)極材料技術(shù)。通過(guò)對(duì)多孔硅進(jìn)行碳包覆，進(jìn)一步提高了鋰離子電池用硅基負(fù)極材料的性能。硅-碳復(fù)合電極材料在充放電循環(huán)300次以后，容量保持率在86.8%。相關(guān)研究已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利（201410150747.5，201410276413.2），研究結(jié)果以Communication形式發(fā)表在Nano Energy（2015, 11, 490-499）上。

　　團(tuán)隊(duì)在前期工作的基礎(chǔ)上利用改進(jìn)多元醇的濕化學(xué)方法，合成制備了系列新相MSn₅(M=Fe, Co, Fe_0.5Co_0.5)合金納米負(fù)極材料。合成制備的FeSn₅ 合金納米顆粒，當(dāng)其作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，理論容量為929 mAh g^-1，是報(bào)道的M-Sn（M為電化學(xué)惰性金屬）合金中理論比容量最高的材料。科研人員制備了系列粒徑范圍為30-50 nm 的Fe_0.5Co_0.5Sn₅新相合金納米顆粒，該新相進(jìn)一步拓展了Co-Fe-Sn 相圖。相關(guān)成果已經(jīng)申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利（2013104705134，201310706760X，2103715406A）。同時(shí)，利用原位XAFS、原位XRD 以及電化學(xué)測(cè)試方法，對(duì)其充放電機(jī)理進(jìn)行了深入探討和闡釋。該系列錫基新相合金負(fù)極材料電化學(xué)機(jī)理的研究為團(tuán)隊(duì)后續(xù)開(kāi)發(fā)高性能錫基負(fù)極材料提供有效的理論指導(dǎo)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A（2015, 3(13): 7170-7178）和ACS Appl. Mater. Interfaces（2015, 7, 7912−7919）上。

　　團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)壽命鈦基負(fù)極材料的研發(fā)上也取得了進(jìn)展，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利一項(xiàng)（201310685139.X），相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A（2014(2), 10599-10606）上。

　　上述研究工作得到了浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、寧波市3315國(guó)際創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金、浙江省博士后科研項(xiàng)目及寧波市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。