一种基于α-Fe2O3多孔纳米纤维负极/LiMn2O4正极长寿命锂离子全电池的研制

锂离子二次电池中负极材料作为储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入与脱出，对电池的性能有至关重要的影响。目前，理论比容量为372 mAh/g的石墨类碳材料是应用最广泛的锂离子电池负极材料，但是它存在比容量低、安全隐患、倍率特性不理想等问题。因此，今后一段时期内锂离子电池负极材料研究的热点仍将主要集中于开发具有高比能量与长循环寿命的新型负极材料。目前，科研人员报道了多种新型负极材料包括合金、过渡金属氧（或氮、磷、硫）化物及其复合材料等。过渡金属氧化物由于具有较高的比容量（> 500 mAh/g），并且原料来源丰富、价格便宜，有望成为下一代锂离子电池负极材料之一，从而引起了国内外研究人员的广泛关注。然而，基于转换反应储锂机制的金属氧化物在充放电过程中存在较大的体积变化以及所产生SEI膜不稳定性等缺点，极大地限制了其商业化应用。尤其，转换类或合金类负极材料存在较大的不可逆容量损失，与传统的正极材料组装全电池时问题更为突出。因此，如何克服高容量转换类或合金类负极材料的不可逆容量损失是该领域的研究热点之一。

最近，新加坡南洋理工大学Aravindan博士、Madhavi教授团队采用可大规模化量产的静电纺丝技术成功制备了具有一维多孔结构的a-Fe2O3负极材料。他们首先对该电极材料进行预锂化处理，以尖晶石LiMn2O4作为正极材料，成功研制出新型锂离子全电池。研究表明，该新型锂离子全电池具有非常优异的循环稳定性。在1.4–3.5V的电压窗口范围内，在2C的电流密度下循环次数高达4000次，并且容量保持率为70%。所制备的a-Fe2O3负极材料具有一维多孔纳米纤维结构、预锂化处理、与正材料以及集流体的良好兼容性等优点，有效地提高了比容量与循环稳定性，降低了充放电循环过程中的不可逆容量损失。该材料容易量产制备且成本低，有望为发展下一代高比能新型锂离子电池负极材料提供新的途径。相关成果发表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.201500050）。

胡先罗，华中科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。国家优秀青年基金获得者（2015）、教育部新世纪优秀人才（2012）。主要从事电化学储能材料（锂离子电池、钠离子电池、超级电容器）与功能纳米材料研究

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