新型过渡金属草酸盐储锂机制和性能改进研究进展

过渡金属草酸盐基于其高比容量、优异的倍率性能、简单的制备工艺和丰富的资源等优势,在高能量锂离子电池储能领域拥有巨大的应用潜力。然而由于其较低的电子电导率和Li+迁移速率,在循环过程中会形成大量电化学反应活性较低的金属纳米粒子和聚合物,引起更高的不可逆容量,并且不稳定的层状结构会造成颗粒的破裂,导致电池的循环寿命较差。此外,过渡金属草酸盐特殊的热力学特性,导致获得100%失结晶水材料更加困难。本文综述了过渡金属草酸盐材料的晶体结构特征,基于对储锂过程中材料转换过程的理解和界面特性等机理研究并结合材料面临的主要挑战,深入分析了近年来在形貌微纳结构调控和增强产物反应活性等方面的改性策略及其作用机理,为推动高能量密度过渡金属草酸盐基负极材料在锂离子电池方面的基础科学研究和商业化应用提供借鉴参考。

钴(Ⅲ)-胺配合物模板导向合成系列稀土金属草酸盐化合物

水热条件下,以钴(Ⅲ)-胺配合物[Co(en)3]^(3+),[Co(dien)2]^(3+)为模板,合成出了3例新的稀土草酸盐化合物{[Co(en)3]·[KLa2(C2O4)5(H2O)6]·H2O}n(HNU-9)、{[Co(dien)2][La2(C2O4)4(H2O)2]·x H2O}n(HNU-11)和{K3[Co(dien)2][La4(C2O4)9(H2O)2]·5H2O}n(HNU-12)。在这3个化合物中,不同的模板剂(Co(en)3^(3+),Co(dien)2^(3+),K++Co(dien)2^(3+))以不同的方式存在于这些化合物中,从而构筑出不同拓扑结构的三维骨架结构。有意思的是,由于中心金属原子La的配位模式不同,HNU-11和HNU-12展现出未报道过的新颖拓扑结构。可见,具有高配位数的中心稀土金属原子较易构筑出具有新颖拓扑结构的化合物。

过渡金属草酸盐及其复合材料的研究进展

过渡金属草酸及其衍生材料具有结构可控、孔径可调、比表面积大等特点,在电化学领域引起了广泛的研究兴趣。过渡金属草酸盐纳米材料具有显著的电化学性能,可以通过环境友好、经济和可扩展的合成方法获得。本文详细介绍了过渡金属草酸在锂离子电池上的研究进展。

金属草酸盐基负极材料——离子电池储能材料的新选择

商业化锂离子电池石墨负极和锂盐过渡金属氧化物正极材料的储锂容量都已接近各自的理论值,探索下一代高能量密度电极材料是解决现阶段锂离子电池容量限制的关键。近年来,新型金属草酸基负极材料,借助其在金属离子电池中多元化储能机制诱发的较高储能效应在碱金属离子电池绿色储能材料领域备受关注。本文就金属草酸基材料在锂、钠、钾金属离子电池方面的最新研究进行了综述,着重介绍了材料的晶型结构、多元化储能机制及储能过程中的动力学特征,简单阐述了材料在电化学储能中存在的问题,分析了金属草酸基负极材料在形貌晶型控制、界面碳复合改性和金属元素掺杂方面的改性策略。最后,预测了金属草酸基负极材料在碱金属离子电池体系的发展方向。

Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)C_2O_4@石墨烯复合材料的合成及电化学性能研究

过渡金属复合物/石墨烯复合材料因其具有优异的电化学性能而被广泛应用在锂离子电池中。本文以硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、草酸为原料按一定的物质的量比配制成溶液,在120℃下水热反应12h,得到多元过渡金属复合草酸盐前驱体Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)C_2O_4(NCA-C_2O_4);该前驱体经聚烯丙基胺盐酸盐修饰后,与氧化石墨烯进行复合并还原得到石墨烯包覆的多元过渡金属复合草酸盐/石墨烯负极材料Ni_(0.8)Co(_0.15)Al_(0.05)C_2O_4@Graphene(NCA-C_2O_4@G)。对材料的结构、形貌和电化学性质进行了表征。扫描电镜测试结果显示样品粒度均一,具有两端不规则长方体形貌。电化学性能测试结果表明,NCA-C_2O_4@G充放电容量高于前驱体NCA-C_2O_4;0.1C电流密度(1C=1000m Ah/g)下,NCA-C_2O4@G首次放电比容量高达1956m Ah/g;经过0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 C高倍率循环后,当测试电流密度恢复至100m A/g时,NCA-C_2O_4@G复合材料比容量可迅速回升至720m Ah/g,并在随后50次循环中比容量保持稳定,显示出良好的循环稳定性和倍率性能。