我院在原位法制備高面積比容量鋰離子電池領(lǐng)域取得重要進展
在各類電子器件、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域的實際應(yīng)用中，鋰離子電池的面積比容量是一個至關(guān)重要的參數(shù)。因此，構(gòu)建具有高活性材料負載量及高面積比容量的穩(wěn)定電極具有重要意義。近日，東北師范大學(xué)孫海珠教授課題組通過一步溶劑熱及退火的簡單方法成功合成了NiO@NiO/NF多層材料，其作為鋰離子電池電極材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能及良好的穩(wěn)定性。
目前大多數(shù)的報道集中于研究電極中活性材料的質(zhì)量比容量。通常，活性材料要與導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑均勻混合后，薄薄地涂覆在導(dǎo)電集流體上，這導(dǎo)致了在電極中，活性材料所占比例及其含量都較低，從而影響電極整體的質(zhì)量比容量及面積比容量。自支撐材料可以避免導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑的使用，但將活性材料直接生長在集流體上的傳統(tǒng)方法并不能保證活性材料在多次充放電循環(huán)后仍附著在集流體上，并且，引入質(zhì)量過重而又不能貢獻容量的集流體，導(dǎo)致電極整體質(zhì)量比容量降低。
東北師范大學(xué)孫海珠教授課題組合成的多層NiO@NiO/NF自支撐材料有效地解決了上述問題。在NiO@NiO/NF多層材料中，通過一步溶劑熱反應(yīng)，Ni(OH)2納米花均勻生長在泡沫鎳表面，而后通過準(zhǔn)確控制退火條件，使泡沫鎳部分發(fā)生氧化反應(yīng)，形成表面層NiO納米花、夾層NiO、泡沫鎳（NF）骨架交替的多層結(jié)構(gòu)。其中，來源于泡沫鎳骨架氧化的夾層有效地增強了各層之間的粘結(jié)力。在充放電循環(huán)1000次之后，表層納米花仍緊密的附著在骨架上，材料整體仍保持良好的完整性與柔韌性。由于泡沫鎳骨架原位形成了夾層，使原本較重且不貢獻容量的骨架部分成為活性物質(zhì)，為材料整體貢獻容量，提高活性物質(zhì)負載量從而得到高面積比容量的電極。
該材料在1.20 mA cm-2的電流密度下，可達到1.98 mAh cm-2的容量，循環(huán)100圈之后仍保持1.45 mAh cm-2。SEM及CV測試進一步證明夾層的重要作用及逐步儲鋰的機理。通過與NiO@NiO/NF-500對比，證明含有夾層的材料其層間結(jié)合力更強，在循環(huán)1000圈之后活性材料并未發(fā)生脫落。
這一成果近期發(fā)表在Advanced Energy Materials 上，文章的第一作者是東北師范大學(xué)博士研究生李艷飛，范朝英博士為共同通訊作者。
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