制備高能量密度和高功率密度兼?zhèn)涞匿囯x子電池電極材料成為近年來研究的熱點(diǎn)。錫基材料由于其高比容量，被認(rèn)為是很有潛力的可以替代傳統(tǒng)石墨負(fù)極的材料。但充放電過程中嚴(yán)重的體積膨脹導(dǎo)致電極粉化和顆粒團(tuán)聚，從而導(dǎo)致容量迅速衰減和低的電導(dǎo)率。因此發(fā)展有效的電極材料制備方法，限制顆粒尺寸,提高復(fù)合電極材料導(dǎo)電性是提高錫負(fù)極電化學(xué)性能的關(guān)鍵。

不同于常規(guī)的通過物理方法或溶液自組裝制備炭包覆納米錫顆粒的方法，精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陸安慧教授課題組最近創(chuàng)新性地提出了采用無溶劑法以納米二元金屬氧化物(ZnSnO₃)為前驅(qū)體原位生長金屬有機(jī)骨架ZIF-8制備Sn@C復(fù)合材料的新策略。根據(jù)軟硬酸堿理論，2-甲基咪唑作為交界堿優(yōu)先與交界酸Zn²⁺結(jié)合生成ZIF-8，后續(xù)的熱解過程使ZIF-8轉(zhuǎn)變?yōu)楹膶?dǎo)電炭網(wǎng)絡(luò)，ZnSnO₃炭熱還原為納米錫顆粒和單質(zhì)鋅，單質(zhì)鋅由于熔點(diǎn)較低在高溫下動(dòng)態(tài)揮發(fā)創(chuàng)造出豐富的孔隙，有利于離子和電子的傳輸。這種新的合成方法保證了復(fù)合材料中錫納米顆粒的高度分散，發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和高氮含量(5.3 wt%)，從而可以有效緩解在嵌鋰過程中的體積膨脹和提高電導(dǎo)率。電池性能測(cè)試結(jié)果顯示制備的Sn@C復(fù)合材料在200 mA g^-1的電流密度下，首次放電容量為1321 mA h g^-1，首次庫倫效率高達(dá)80.1%。循環(huán)150次后容量保持為901 mA h g^-1(電流密度為200 mA g^-1) 和690 mA h g^-1(電流密度為1 A g^-1)。此外，這種合成方法可以擴(kuò)展到制備其他材料如MnO@C復(fù)合材料，同樣展現(xiàn)優(yōu)異的電化學(xué)性能。相關(guān)研究成果最近以“Designed Synthesis of Nitrogen-richCarbon Wrapped Sn NanoparticlesHybrid Anode via in-situ Growthof Crystalline ZIF-8 on a Binary Metal Oxide”（“以二元金屬氧化物為基底原位生長ZIF-8設(shè)計(jì)合成錫/炭鋰電負(fù)極材料”）為題發(fā)表在Nano Energy2016, 19, 486–494（第一作者博士生程菲）。該研究工作得到了國家杰出青年基金和國家自然科學(xué)基金的資助支持。

責(zé)任編輯：張平媛