Sb2O3/Sb 锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

张豪杰, 胡业旻

(上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444)

近年来, 持续增长的能源需求使得开发高能量密度、清洁的储能装置成为研究的热门, 锂离子电池体系由于具有高能量密度而备受研究者的关注[1-2].传统的锂离子电池负极是石墨,这是因为石墨负极的能量密度为372 mAh·g−1, 且具有良好的循环稳定性和倍率性能.由于消费电子产品的迅速更迭, 新能源汽车以及其他智能设备的发展对储能装置提出了更高的要求,传统的石墨负极很难满足日益高涨的需求.因此, 开发高能量密度负极材料成为了亟待解决的问题[3-4].

金属负极通常具有高的理论容量, 例如硅[5]、锡、锑[6]等.锑的理论容量为660 mAh·g−1,储量丰富且具有较低的放电电压, 成为一种潜在的锂离子电池负极材料[7].但是, 锑负极在充放电过程中会发生合金化-脱合金化反应, 在获得高容量的同时面临着巨大体积膨胀(290%)的问题.巨大的体积膨胀导致电极材料的破碎粉化, 使电池的循环性能迅速衰减[7-8].解决体积膨胀问题的一种有效途径是设计复合结构, 如设计合适妥当, 复合物中物相可以优势互补达到良好的综合性能[6,9-11].Sb2O3理论容量是1 102 mAh·g−1, 首次放电过程中发生转化反应生成Li2O, Li2O 充当缓冲相阻止金属颗粒团聚[10].由于氧化物通常导电性能较差, 在大电流充放电时, 氧化物电极电子传输速度差, 从而得到较差的倍率性能.因此, 我们设计了Sb2O3/Sb 复合材料, 其中锑能改善复合物的电子传输能力, 而锑的体积膨胀……