新机理引起高容量：北大新能源资料与器件课题组在锂电池负极研讨取得主要发展

在容量、安全性和安稳性等方面具有杰出储能优势的领先锂离子电池现已成为人们平时作业生活中必不可少的组成部分，现已广泛使用到微型便携式电子产品、电动汽车甚至电网调峰等二次电源体系。但是自从上世纪90时代被大规模使用以来，锂离子电池的比容量没有显著提升，因而也越来越无法满意智能手机请求的待机时间长、电动汽车请求的跑得更远、电网调峰请求的储电量大。这一窘境的根本原因在于锂电池的电极资料容量难以突破，比方，商用负极资料只能选用理论容量为372 mA h/g的低比容量碳基资料。虽然研讨标明，Si、Ge、Sn等单质作为负极具有很高的比容量，但是受限于屡次使用后的容量迅速衰减而难以实际使用。近年来，二氧化锡（SnO2）负极资料具有优胜的循环功能而遭到极大重视，其理论容量（783 mA h/g）现已达到了石墨负极的两倍。但是，现有SnO2和单质负极资料都在锂离子电池电化学过程中无法战胜体积胀大的使用瓶颈，循环安稳性难以满意使用需要。因而，怎么开发新的高循环安稳性/高容量的SnO2基锂电负极资料具有主要意义。

近日，北京大学化学与分子工程学院新能源资料与器件课题组与中国科学院硅酸盐研讨所、美国宾夕法尼亚大学以及北京工业大学等联合研讨，发明了一种根据首创制备技能的黑色二氧化锡纳米资料，该资料作为锂电负极具有1340 mA h/g的可逆容量，远优于SnO2的理论容量极限（783 mA h/g）。该资料与石墨烯复合后更显示出极其优胜的循环安稳性和倍率功能，在0.2 A/g电流密度下循环100圈以后容量不衰减，坚持950 mA h/g的容量；在2 A/g的大电流下坚持具有700 mA h/g的容量。

通过深化而详尽的研讨，研讨者认识到共同的黑色二氧化锡新资料不同于现有的二氧化锡，具有优良电子导电性和丰富氧空位的特征，诱导出纳米活性资料的复原反响具有各向同性，然后形成了一个热力学高度安稳的Sn和Li2O均匀涣散的微观复合纳米构造，最终处理了循环过程中金属Sn聚会的科学难题。研讨人员惊喜地发现，这个特殊的微观复合纳米构造能够保证金属锡在储能电化学反响中彻底可逆氧化为二氧化锡（图），这个景象和机理没有见文献报导。根据新的储电机理，二氧化锡负极资料的理论容量从本来的783 mA h/g提高到新机理的1494 mA h/g。研讨者发明的黑色二氧化锡为规划和组成其它新式电负极资料供给了一种新的思路，一起也极具高容量锂电负极资料的工业使用价值。

高导电黑色二氧化锡电极反响示意图、电池循环功能示意图以及循环后二氧化锡颗粒元素分布图

该研讨成果以“A Robust and Conductive Black Tin Oxide Nanostructure Makes Efficient Lithium-Ion Batteries Possible”为题发表于2017年4月21日的世界尖端资料科学期刊Advanced Materials上（DOI: 10.1002/adma.201700136），北京大学化学与分子工程学院研讨生董武杰、王超以及中国科学院硅酸盐研讨所研讨生徐吉健为共同榜首作者，黄富足教授为通讯作者。该项目得到国家重点基础研讨发展计划、国家自然科学基金委员会、上海市科学技能委员会和中国科学院主要研讨项目的支持。