美国阿克伦大学的研究人员研发了Mn 3O4/C分级多孔纳米球, 并将其用作锂离子电池的阳极材料. 该类纳米球的可逆比容量较高(电流为200 mA/g时, 电池容量为1237mAh/g), 具优异的稳定性(电流为4A/g时, 电池容量为425mAh/g)和极长的循坏使用寿命(电流为4A/g, 3000次循坏使用后, 无明显的容量衰减).
理论上, 过渡金属氧化物容量高, 成本低, 是一款很有前景的阳极候选材料. 在该类材料中, Mn 3O4储藏量丰富, 不易氧化, 在电化学方面具有竞争力, 作为一款电池阳极材料, 其前景较好, 也被广泛应用于各类电池材料研究中.
然而, 过渡金属氧化物能成为锂离子电池(LIBs)阳极材料, 还遇到了几个问题: 首先, 金属氧化物的内在的差导电性限制了整个电极的电子传输, 导致活性材料利用率低, 可估价性低. 其次, 在锂化和脱锂过程中金属氧化物的大体积缩胀会导致电极粉碎, 从而加速循坏使用过程中的容量衰减. 众所周知, 纳米工程和碳杂化是克服和限制此类问题的有效方法.
该研究团队利用溶剂热反应, 合成了自组装锰基金属复合物(Mn-MOC), 该合成物具有球形结构. 然后, 研究人员通过热退火处理将Mn-MOC前体材料转化成分级多孔的Mn 3O4/C纳米球.
研究人员将锂的储存能力归因于纳米球的独特多孔分级结构. 纳米球Mn 3O4纳米晶体组成, 该晶体覆盖了均匀分布的薄碳壳. 此纳米结构反应面积较大, 增强了导电性, 而且容易生成稳定的固体电解质界面(SEI)的形成并能适应转化反应类电极的体积变化.
