寧波材料所在高性能鋰離子電池負極材料領(lǐng)域取得系列進展

    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、較長的使用壽命、較小的體積、無記憶效應(yīng)等特點，成為現(xiàn)今能源領(lǐng)域研究的熱點之一。負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，在充放電過程中實現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出。因此，負極材料的好壞直接影響鋰離子電池的整體性能。目前，商用鋰離子電池負極材料廣泛使用石墨及改性石墨，但是其理論容量僅為372 mAh/g，大大制約了高能量動力電池的發(fā)展。IV族元素（硅，鍺，錫）基負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極材料領(lǐng)域研究的熱點。然而，硅、鍺、錫基負極材料在充放電過程中存在體積膨脹較大的問題，長時間充放電會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，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬新能源技術(shù)所研究員韓偉強領(lǐng)導(dǎo)的先進鋰離子電池團隊，在高容量硅、鍺、錫基負極材料方面取得系列進展。在高性能硅基負極材料方面，科研人員開發(fā)了一種低成本、高容量、高穩(wěn)定性的多孔硅基負極材料技術(shù)。通過對多孔硅進行碳包覆，進一步提高了鋰離子電池用硅基負極材料的性能。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)研究已申請中國發(fā)明專利（201410150747.5，201410276413.2），研究結(jié)果以Communication形式發(fā)表在Nano Energy（2015, 11, 490-499）上。

　　團隊在前期工作的基礎(chǔ)上利用改進多元醇的濕化學(xué)方法，合成制備了系列新相MSn₅(M=Fe, Co, Fe_0.5Co_0.5)合金納米負極材料。合成制備的FeSn₅ 合金納米顆粒，當其作為鋰離子電池負極材料時，理論容量為929 mAh g^-1，是報道的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?？蒲腥藛T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，該新相進一步拓展了Co-Fe-Sn 相圖。相關(guān)成果已經(jīng)申請了發(fā)明專利（2013104705134，201310706760X，2103715406A）。同時，利用原位XAFS、原位XRD 以及電化學(xué)測試方法，對其充放電機理進行了深入探討和闡釋。該系列錫基新相合金負極材料電化學(xué)機理的研究為團隊后續(xù)開發(fā)高性能錫基負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。

　　團隊在長壽命鈦基負極材料的研發(fā)上也取得了進展，申請發(fā)明專利一項（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科技創(chuàng)新團隊、寧波市3315國際創(chuàng)新團隊、國家自然科學(xué)基金面上項目、中國博士后科學(xué)基金、浙江省博士后科研項目及寧波市自然科學(xué)基金等項目的支持。