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鋰離子電池用上仿生納米新材料
有望容量翻番安全性倍增

發布時間:2019-08-09 閱讀數:13218

浙江大學化學系教授黃建國承擔的浙江省自然科學基金項目“作為鋰離子電池負極材料的仿生納米二氧化錫及其相關復合物研究 ”近期通過了結題驗收,該成果有望將其容量提高一倍,尤其是結構穩定性將大大提高,讓人們放心使用。

黃建國告訴記者,開發其高性能負極材料已成為當前的研究熱點之一。目前鋰離子電池的負極一般采用碳基石墨類材料,但是其可逆比容量僅為 372 mAh/g。硅基納米結構材料(理論比容量 4140 mAh/g)及其復合材料被認為可能是下一代高容量鋰離子電池負極材料,但是其較差的結構穩定性導致電池放電比容量快速衰減。

金屬氧化物材料,尤其是錫基金屬氧化物,因較高的比容量被認為是取代石墨類材料的下一代鋰離子電池的負極材料,但充放電過程中引起的材料體積變化所導致的材料結構崩壞使得其循環穩定性不佳,迄今尚少見有效的解決方法。

黃建國和他的研究團隊以自然纖維素物質為模板和支架,構筑了系列新型的納米結構金屬氧化物及其相應的復合材料,深入研究了其獨特的材料結構和用作鋰離子電池負極材料的電化學性質。該類系列材料具備自然纖維素物質天成的三維網狀多孔結構和較好的導電性,有效緩解了充放電過程中材料的體積變化,從而擁有了較好的材料穩定性,改善了電池的循環性能。

目前國內外仿生納米材料用于鋰離子電池領域的工作正在引起人們重視。該研究小組以自然纖維素物質為模板或支架,構建了系列新型納米結構功能復合材料,探究了其作為鋰離子電池電極材料的性能。有關功能材料所具有的來自纖維素物質的三維網狀多孔結構有效提高了其作為電極材料的循環穩定性。研究表明,自然纖維素物質為具有不同成分的功能納米材料的構筑提供了一個理想的平臺。

??? 通過特定的客體基質對自然生物材料進行結構復制和表面功能化修飾是把其特異的結構和性能特征引入人造材料的有效手段。近年來該研究小組在包括浙江省自然科學基金杰出青年團隊項目等基金支持下,設計和構筑了系列基于自然纖維素物質的納米結構仿生功能材料,并在超疏水表面、傳感和催化等方向進行了相應的應用探索。在此基礎上,近期通過驗收的上述浙江省自然科學基金項目的研究工作為新型高性能鋰離子電池電極材料的設計和構筑提供了新的可能,相應仿生材料在能源方面的應用具有可觀的前景。

該研究工作拓寬了基于自組裝的仿生功能納米結構材料的研究,同時為新型鋰離子電池負極材料的設計、制備和應用提供了一條新的思路。項目實施期間培養博士研究生 5 人,碩士研究生 1 人;發表研究論文 17 篇,其中TOP期刊論文4篇;獲國家發明專利授權 5 項。

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記者 金樂平 通訊員 王楠 陸丹旸


 
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