纳米材料在锂离子电池中的应用进展

　　纳米材料在锂离子电池中的应用进展田舂霞+北京有色金属研究总院科技信息所，北京188覆尖晶石型现峨纳米氰聚吡办纳米复合材株用作阳极材料的碳纳米，纳米掺杂碳材轧纳米氧化诼用作固态电解质的纳米填料修饰聚氧乙烯基复合材料等几种新型纳米化学电源材料的制备结构形貌以及电化学性质，90年代纳米材料在锂离子电池中的应用取得较人的发展。如以纳米材料纳米1合村料作为嵌锂材料，由于其特殊的微观结构及形貌，有望更加有效地提高材料的可逆嵌锂容量和循环寿命。纳米活性村料所具有的比面大视离于嵌入脱出深度小行程短的特性，使电极在大电流下充放电极化程度小，可逆容量高，循环寿命长；纳米材料间，使有机溶齐1具有良好的相容性，同时也给锂离子的嵌入脱出提供了大量的空间，进步提高嵌锂容量及能量密度。

　　己开发的用于锂离子电池的纳米材料有阴极柄料叙；钡石型阽，纳米纤维，聚比各位覆尖晶石型咖04纳米管。纳米品态2.

　　热解聚娃，聚硅械烷聚；历瞢硅设，以及多种纳米复合材钊例如，1竹或聚苯胺以和2，5或围界，6.他2，值为13或他的复合物，聚氧乙烯史，与入遍，3的复合物，纳米分散锰盐。，复1物，而将104或14以及纳米六沸石或蒙脱石掺入，或其它导电聚合物可以获得用于锂离子电池的固态电解质纳米碳村料和纳米，化锡材料则主要用作锂离子屯池的阳极材料，另外。锰钡矿型，2纳米纤维还可以用作燃料电池的催化组分。纳米品态，2既可目作4锂离子电池的阴极材料，可作为阳极与12，4配对饥成。5水溶液锂离子电池。在电池用纳米材料的研究开发中，某些制备方法易于进行工业放大和批量生产，纳米材料将可能成为新代高性能化学电源构与形貌电化学性能做简要介绍。

　　1纳米阴极材料1.1锰钡矿型2纳米纤维同态无机材料施具有广泛的用途可作为分子筛高级催化剂可充电池电极材料等等优越的离子电子传导率和相对高的电位使改性，2成为可充电池领域最有希望的候选物质。为了获得高的能量密度和比容量，必须具有高的离子传导率及稳定性，而具有大量隧道及孔隙的猛钡矿型，2纳米纤维正符合了这样的要求。在选择了定的，值温度陈化时间后，添，2纳米纤维可以通过1004与河出，4在含有硝酸的水溶液中反应获得。产物为度孔隙的纳米纤维结构，纤维之交错成雀巢状门如形貌。每个雀巢大小为510爪，由直径从几个纳米到25，1长度从几十纳米到的纳米纤维组成，猛钡矿型胞，2纳米纤维属于7遍拙，16同构系，由面体如出6在垂直面及边界连接形成单链或双链，其中人为大的阳离子。当阳离子为1+时，就是所谓的隐钾猛矿。隧道中的大阳离子起到稳定结构骨架的作用。猛钡矿型他2纳米纤收稿日期2002 04修订日期2，2，617作者简介田，197.女，山东叱口1工学颀，程师维为2.2起道结构，横截面为46 046为尖晶石型隧道的4倍。锂离子可以在宽敞的胝道中快速迁移，因而特别适合作为锂离子电池外，该材料易于通过离子交换法进行锂盐化。

　　12模板法合成的，7包覆尖晶石型腕加，4纳米管利月1纳米级模板通过化学气相沉积。反应及加热沉积等方法已经制备出了具有纳米结构的新型材料，如5.，2，+0.成3，2等1412151.等利用附，在钔基底。

　　137沁05纳米复合材料研究和开发人员己经对导电聚合物金属叫氧化物的纳米复合材料进行了广泛的研究。在聚合物氧化物的交织结构中，导电聚合物能够提高电子传导率，同时参与电化学氧化还原反应。导电聚合物通过促进锂子的扩散动力学过程而梢强锂离子的电化学嵌力脱出能九从而提高充放电容量。，颜2，5和，2，5纳米复合材料即为其中的例子在形成〉720，纳米复合物的过程中，发生如下反应，怀1诚+2，517时，5还原为4，4中心的形成导致锂离子容量的降低。损失容量的恢复可以通过氧化处理达到。利用溶胶凝胶法制备的，了幻5纳米复合材料经过仞山232，8氧化处理以后，作为锂离子电池的阴极材料，在1.240.1电位间放电界量高达概遍2纳米复合村料固态电解质4全固态锂离子电池由于其安全性可塑性良好等多种原因成为锂离子电池的研允热点之，而开发出具有高离子传导率的固态电解质成为最主要的难。在聚合物电解质中加入诸如沸石富桂高岭土等陶瓷填料，能够和聚合物起产生协同效应，改变复合材料的微观形貌及电化学特性，提高离子传导率和电极电解质界面稳定性。改性汐，1如固制相间，加了稳定性，促进锂屯极的屯子转移步骤陶瓷填料的粒径和抄入站改性的关键闲素。心。等研，者将粒径13加1的人12，3颗粒及高度干燥的迎，4或沉4掺入分子量400，000的，中，制备出非晶态的CPEOsLiBF4AkOWproM，iClO47nAiOJ米复合材料固态电解质。和掺入粒径10化人12，3颗粒的微米复合物相比，离子传导性提高了个数量级，界面稳定性提高了50.

　　3纳米阳极材料3.1碳纳米管80年代60的发现与研，接导致了数种具有特殊结构的新型纳米碳素村料的发现，其包括碳纳米管，碳纳米球巴基葱和碳纳米锥等叫。

　　国内外对纳米碳材料的研究在广度和深度方面都取得了显着进展，研究工作涉及诸多方面29，扣。

　　但对纳米碳材料在锂离子电池中应用的研究却不多凡中碳纳米扉和碳材料纳米，杂的嵌锂特性己为如何寻求新型锂离子电池碳阳极材料指出条新的思路。

　　碳纳米传观出抓遍仙以是近年来发现的种新型碳材料，它是种直径在几微米或几十管完全由碳原子构成并可看成是管壁由单层石墨六角网面以其上某方向为轴卷曲360而形成在起，相邻管之径向间距大约为0.34碳纳米管可分为直管和弯管，直管般为针状，管直但较碟弯管长尤规则卷绕由于碳纳米管的管径仅为纳米级尺寸，因而，管与管之间相互交错的缝隙也是纳米数量级。碳纳米管这种特殊的微观结构使锂离子的嵌入深度小，过程短，锂离子不仅可嵌入到管内各管径管芯，而且可嵌入到管间的缝隙之中，从而为锂离子提供大量的嵌入宁间位置，有利于提高锂离子电池的充放电容量及屯流密投。碳纳米管这种优异结构正是锂离子电池理想的电极材料。

　　3.2碳材料纳米掺杂许多的碳材料具有不规则结构和单碳层结构，如果在这些碳材料结构中掺杂其它原子，而且使这些原子在碳结构中呈纳米分散状态，这新型由于硅与碳的化学性质相近，因此它能很好地与周围的碳原子紧密地结合，同时，由于在碳材料中掺杂了硅原子，而且这些硅原子在碳材料结构中呈纳米分散，所以锂离子不仅可以嵌入碳材料本身所具的结构中，而且可以嵌入到呈纳米分散的硅材料的空隙中，而从理论上每个硅原子可以与个锂离子结合，因此在碳材料中纳米掺杂娃原子，可以大大，加锂离子的嵌入位置，为锂离子提供了大量的纳米通道，因此大大提高碳材料通过对纳米搀杂硅的碳材料嵌锂行为的研，发现纳米多杂桂后碳村料的容量比未掺杂前的祥量。从20仙1名1提商到500并且可逆性良好。可由于纳米掺杂桂的存在，容量提高了30，3而从充放电曲线来看，这部分增加的容量位于0.10.6.出之间，也正是锂离子在硅原子之间的纳米通道间扩散的电位3.3纳米氧化锡材料纳米氧化锡材料是种全新的锂离子电池阳极衬料由日本的公先提它不同于以往的碳阳极材料，是种无定型的，同时又有金属元素存在的无机体系，微观结构是由几十到几百纳米的无定型氧化锡颗粒组成34.

　　纳米氧化锡具有其独特的嵌锂特性，它的嵌锂机理与碳材料有着很大的差别。对氧化锡离子嵌入氧化锡中发生还原反应，将价锡还原成价锡。然后锂离产继续嵌生成亚锡酸锂纳米氧化锡嵌锂过程。首先是锂离子嵌入氧化锡材料中，发生还原反应，使这些无定型的纳米氧化锡颗粒还原为纳米金属锷颗粒。然后锂离子继续嵌与金，锡形成合金，反应如下就目前的研允来祚第种机理的解释似乎更符合实验结果。

　　纳米氧化锡的充放电叫，第周的循环中在07产生个人的+可逆平台，人约有70七1的不可逆容量这是山1锂离子嵌入纳米氧化锡材料中发生了不可逆的还原反应。

　　在以后的循环中，充放电循环呈良好的可逆过程，不同制备方法生成的纳米闱化锡村料具有不同3.在不同电流密度下测试纳米氧化锡的嵌锂可逆容量，发现即侦在大电流12的充放屯下，纳米付纳米氧化锡的嵌锂过杓的研究友明，主！纳米氧化锡的颗粒为纳米级，并且其颗粒空隙间也为纳米尺寸，为锂离子的嵌入提供了很好具有大的嵌锂容量和以好的嵌锂性能，尤其坫住大电流的充放情况下，仍具有较大的可逆容量。纳米氧化锡材料为锂离子阳极材料提出了个全新的体系，它摆脱了以往停留丁1碳材料的体系，己然，碳材料的纳米，杂并不只有硅原子。还可掺杂其它的原子，如磷镍铅等，其它的纳米潘钦敏。功能材料，1999，304342储炜，刘德尧，尤金跨，等。第九届全国固态离子学学术会议暨锂离子电池燃料电池专讨论会，新乡，1998，8.

　　吴阵，尤金跨，林，赓。电源技术，1998，22135.

　　尤金跨，吴晖，杨勇，等。第九届全国电化学会议暨全国锂离子蓄电池研讨会，山东泰安，19975169.

　　吴阵。硕士论夂厦门大学，1996.

　　舒东。博士论文，厦门大学，1997.

　　王先友，张允什。电源技术，1999，234233.