鋰離子電池電極材料研究獲新進展

　　二茂鐵填充的單壁碳納米管作為載體負載金屬氧化物納米顆粒示意圖

　　高容量鋰電池的發展很大程度上受制于電極材料性能的提高。電極材料的納米化有利于增大鋰離子的擴散速率，改善電極材料與電解質溶液的浸潤性，從而顯著提高材料的電化學性能。但是在多次充放電過程中，這些高活性的納米顆粒容易粉化，從而導致容量的快速衰減。如何獲得高容量、高功率、長壽命的電極材料是當前鋰離子電池研究的重點。

　　中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室官輪輝研究員領導的課題組在科技部973 計劃項目的資助下，利用各種碳納米基材料作為載體，顯著提高了電極材料的穩定性。該研究小組發展了一種基于溫和的濕化學反應合成方法，將各種金屬氧化物納米顆粒均勻負載在包括碳納米管、納米角、石墨烯等載體上，成功合成出系列均勻負載的碳基金屬氧化物復合納米材料，在循環穩定、倍率性能等方面表現出優異電化學性能。

　　單壁碳納米管的管內填充修飾及管外負載處理后，制備的復合負極材料比容量達到 900mAh/g，是現有商品化負極材料的3倍(Chem. Comm. 2011, 47, 5238);以碳納米角為載體的負極材料具有良好電化學穩定性，顯示了新一類碳納米材料的應用前景(Chem. Comm. 2011, 47, 7416;RSC ADV.DOI: 10.1039/C1RA00267H);通過原位的氧化還原反應設計合成出形態結構可控的碳納米管負載MnO2納米復合材料，可將其直接作為鋰空氣電池的正極材料，該復合材料在循環及倍率性能上有明顯提高(Electrochem. Comm. 2011, 13, 698)。

　　此外，該研究小組在單壁碳納米管表面設計合成了小于5納米的高度分散Pt基核殼材料，其 Pt原子對乙醇的催化氧化能力是商品化Pt/C的8倍，該方法為設計合成Pt高效利用的燃料電池催化劑提供了新思路(Energy Environ. Sci. DOI: 10.1039/c1ee02044g)。