過渡金屬氧化物

過渡金屬氧化物概述

過渡金屬氧化物又稱過度金屬氧化物。是包括含有過渡金屬的氧化物材料。大多數(shù)被分類為絕緣體，和少數(shù)的金屬、貧金屬，有些過渡金屬氧化物也是超導(dǎo)體。

經(jīng)常同一種過渡金屬氧化物材料會(huì)顯示多種物理性質(zhì)〈包括鐵電性、鐵磁性、超導(dǎo)體、熱電效應(yīng)、半導(dǎo)體、光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、磁致伸縮、磁彈性、磁電耦合、超流體等〉，因此金屬-絕緣體相變的兩個(gè)狀態(tài)，可以透過變化溫度或壓力而達(dá)到。

為了滿足日益增長的能源需求，同時(shí)避免資源耗竭和對環(huán)境的長期破壞，尋求高性能、低成本以及環(huán)境友好的能源體系成為目前急需解決的問題。鋰離子電池作為綠色環(huán)保GX的清潔能源，具有高能密度和很好的循環(huán)性能，因而也成為了能夠替代傳統(tǒng)化石燃料的比較可靠選擇之一。

鋰離子電池負(fù)極材料

石墨類材料是目前商業(yè)化的鋰離子電池主要廣泛使用的負(fù)極材料，但是石墨存在著理論容量低（僅僅372mAh g-1）且有安全性等問題，因此，尋找安全性好﹑理論容量高，并且循環(huán)壽命更長的新型負(fù)極材料得到科學(xué)家們越來越多的關(guān)注，己成為了當(dāng)前鋰離子電池研究的焦點(diǎn)。而金屬氧化物負(fù)極材料恰恰具備了這些優(yōu)點(diǎn)，自然是替代石墨作為鋰離子電池負(fù)極的理想材料。研究表明，通過納米化、特殊形貌控制以及采用集流體生長等方法可以有效提髙材料的導(dǎo)電性，緩解材料在充放電過程中的體積膨脹，從而有效改善材料的電化學(xué)性能。

過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料具有儲(chǔ)量豐富、成本低廉、環(huán)境友好、安全性能高和抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來備受人們的關(guān)注，但其較差的循環(huán)穩(wěn)定性和低的庫倫效率阻礙了實(shí)際應(yīng)用。納米化和碳復(fù)合是改善過渡金屬氧化物負(fù)極材料的有效途徑，但這些方法分別存在制備困難、體積儲(chǔ)能密度下降等缺點(diǎn)，不利于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

針對這些問題，浙江大學(xué)材料學(xué)院金屬材料研究所、硅材料國家ZD實(shí)驗(yàn)室、浙江省電池新材料與應(yīng)用技術(shù)研究ZD實(shí)驗(yàn)室劉永鋒教授和潘洪革教授與浙江大學(xué)電鏡ZX田鶴研究員、華南理工大學(xué)材料學(xué)院朱敏教授合作，通過在CO2氣氛下球磨LiH和Fe2O3的混合物，利用Fe2O3、LiH與CO2在機(jī)械化學(xué)力作用下的氧化還原反應(yīng)，成功在納米晶Fe2O3(10 nm)表面共形包覆了一層1-3nm的Li2CO3層；同時(shí)，由于球磨過程重復(fù)的破碎和冷焊作用，共形包覆的Fe2O3進(jìn)一步團(tuán)聚為亞微米顆粒(400-800 nm)，這種共形包覆和分級(jí)結(jié)構(gòu)共存的納米晶Fe2O3具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能和高倍率放電性能，其在100 mA/g的放電電流密度下，400個(gè)循環(huán)后的容量保持在975 mAh/g；在3000 mA/g的放電電流密度下，其放電容量達(dá)537 mAh/g，明顯高于未包覆的納米Fe2O3顆粒(311 mAh/g)。

該分級(jí)、共形包覆技術(shù)具有制備過程簡單，可控性好，效率高等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是，其可以擴(kuò)展到NiO等其它過渡金屬氧化物負(fù)極材料上，呈現(xiàn)出一定的普適性。這一研究成果為發(fā)展高容量、長壽命型過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料奠定了基礎(chǔ)。