四层镍钴锰金属氧化物微球制备高容量锂离子电池负极材料

本文摘要：【研究背景】过渡性金属氧化物因其具备较高的理论比容量、低成本等优势被视作理想的高性能锂离子电池负极材料。然而电极材料在充放电过程中不存在较小的体积变化导致材料粉化破损而减少其电化学性能。空心微球材料因其具备中空结构，比表面积大等优势，能明显减轻体积效应并延长锂离子蔓延路径，从而提升电极材料的循环性能及倍率性能。然而空心球因材料的振实密度较低，体积能量密度低等原因容许了其商业化的应用于。

【研究背景】过渡性金属氧化物因其具备较高的理论比容量、低成本等优势被视作理想的高性能锂离子电池负极材料。然而电极材料在充放电过程中不存在较小的体积变化导致材料粉化破损而减少其电化学性能。空心微球材料因其具备中空结构，比表面积大等优势，能明显减轻体积效应并延长锂离子蔓延路径，从而提升电极材料的循环性能及倍率性能。然而空心球因材料的振实密度较低，体积能量密度低等原因容许了其商业化的应用于。

为此，设计具备层数固定式的多层空心微球来优化电极材料，通过调节层数来提高材料以获得最佳的电化学性能具备最重要的研究意义。【成果概述】近日，加拿大滑铁卢大学应用于纳米材料与清洁能源实验室的陈忠伟教授报导了一种制备金属氧化物微球且具备层数固定式，组分高效率特点的最重要方法。文章以罗丹为第一作者身份在国际著名期刊ACSNano上全文公开发表了为题“TuningShellNumbersofTransitionMetalOxideHollowMicrospherestowardsDurableandSuperiorLithiumStorage”的研究论文。

研究人员首次研发出有四层镍钴锰金属氧化物微球材料并系统的密切相关了四层空心微球的形貌，结构与性能，同时制取出有高容量锂离子电池负极。研究人员首次用于高脚圆环暗场像模式的透射电镜（HAADF-STEM）从有所不同角度对四层空心微球仔细观察和密切相关，并利用三维重构软件再现出有四层空心微球的三维形貌与有所不同程度的微球的横截面形貌（如图二右图），对研究中空材料的内部结构具备十分最重要的意义。所制备的四层空心微球具备较高的比表面积，有利于锂离子的蔓延。

同时多层空心结构在充放电过程中可以减轻机械形变，保持材料结构稳定性，从而明显提升了复合材料电极的循环寿命及倍率性能。在0.2Ag-1的电流密度下循环充放电250次后复合材料电极仍具备1097mAhg-1的容量。

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