寧波材料所在高性能鋰離子電池負極材料領域取得系列進展

    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、無記憶效應等特點，成為現(xiàn)今能源領域研究的熱點之一。負極材料是鋰離子電池的關鍵組件之一，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，中國科學院寧波材料技術與工程研究所所屬新能源技術所研究員韓偉強領導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。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%。相關研究已申請中國發(fā)明專利（201410150747.5，201410276413.2），研究結果以Communication形式發(fā)表在Nano Energy（2015, 11, 490-499）上。

　　團隊在前期工作的基礎上利用改進多元醇的濕化學方法，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，該新相進一步拓展了Co-Fe-Sn 相圖。相關成果已經申請了發(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。相關結果發(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），相關結果發(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、國家自然科學基金面上項目、中國博士后科學基金、浙江省博士后科研項目及寧波市自然科學基金等項目的支持。