美國阿克倫大學的研究人員研發了Mn3O4/C分級多孔納米球, 並將其用作鋰離子電池的陽極材料. 該類納米球的可逆比容量較高(電流為200 mA/g時, 電池容量為1237mAh/g), 具優異的穩定性(電流為4A/g時, 電池容量為425mAh/g)和極長的循壞使用壽命(電流為4A/g, 3000次循壞使用後, 無明顯的容量衰減).
理論上, 過渡金屬氧化物容量高, 成本低, 是一款很有前景的陽極候選材料. 在該類材料中, Mn3O4儲藏量豐富, 不易氧化, 在電化學方面具有競爭力, 作為一款電池陽極材料, 其前景較好, 也被廣泛應用於各類電池材料研究中.
然而, 過渡金屬氧化物能成為鋰離子電池(LIBs)陽極材料, 還遇到了幾個問題: 首先, 金屬氧化物的內在的差導電性限制了整個電極的電子傳輸, 導致活性材料利用率低, 可估價性低. 其次, 在鋰化和脫鋰過程中金屬氧化物的大體積縮脹會導致電極粉碎, 從而加速循壞使用過程中的容量衰減. 眾所周知, 納米工程和碳雜化是克服和限制此類問題的有效方法.
該研究團隊利用溶劑熱反應, 合成了自組裝錳基金屬複合物(Mn-MOC), 該合成物具有球形結構. 然後, 研究人員通過熱退火處理將Mn-MOC前體材料轉化成分級多孔的Mn3O4/C納米球.
研究人員將鋰的儲存能力歸因於納米球的獨特多孔分級結構. 納米球Mn3O4納米晶體組成, 該晶體覆蓋了均勻分布的薄碳殼. 此納米結構反應面積較大, 增強了導電性, 而且容易生成穩定的固體電解質界面(SEI)的形成並能適應轉化反應類電極的體積變化.